由于受温度变化的影响, 高分辨力遥感相机焦平面 CCD采样信号的相位会发生变化, 采样位置的温度漂移会严重影响图像的信噪比、动态范围等, 甚至会造成图像无法正常显示。为了解决采样位置随温度漂移的问题, 对高分辨力遥感相机CCD采样位置进行了自适应补偿设计, 首先对CCD采样信号的初始位置进行精密调节, 然后设计了自适应补偿电路, 通过对功耗的控制使各驱动芯片温度基本一致, CCD信号与采样信号在温度变化上具有跟踪性, 在动态上保证CCD信号采样位置的准确性, 从而保证图像信噪比的稳定性。实验表明, 利用该方法, 相关双采样信号的初始位置调节精度小于0.039 ns; 在卫星在轨温度范围内, 相关双采样信号延时最大值为0.46 ns, 保证了相机的高质量成像, 满足航天应用需要。

为了提高推扫式航天遥感相机的动态范围, 对TDI-CCD(Time Delay Integration-Charge Coupled Device)的全色谱段和多光谱谱段积分级数的特殊设置方法、相应图像的插值与融合方法进行研究。首先, 介绍了常见的TDI-CCD的像元尺寸和谱段构成等参数, 以及现有高分辨率多谱段融合图像的获取方法, 分析了常规的积分级数设置规律。接着, 提出在提高全色谱段的积分级数, 降低多光谱谱段积分级数的情形下, 分别获取各个谱段的灰度数据, 为提高相机的动态范围提供原始数据。最后, 针对性地提出了图像的融合、插值算法, 可以得到高动态范围、高分辨率的全色图像。实验和计算结果表明: 该方法能够有效提高相机的动态范围, 当P谱段积分级数提高2倍, 全色谱段降低为原来的1/4时, 最终获取的融合图像动态范围可以提高1806 dB。基本满足应用单排TDI CCD提高推扫式航天遥感相机动态范围的要求。

为了获取空间相机在轨摄像期间的振动幅频特性，提出了一种基于卷帘快门面阵CMOS自相关成像的空间相机振动参数检测方法。基于卷帘式快门CMOS成像原理，对同一景物连续拍摄，得到一组具有相关性的图像序列，通过灰度投影算法对所成图像进行比对求取相对偏移量，拟合偏移量数据，进而根据拟合结果计算出空间相机的振动参数。验证实验显示，二维振动的周期检测相对误差不超过2%，振幅检测绝对误差不超过1 pixel。实验结果表明，该方法能够利用低帧频图像序列检测高频振动，大幅度降低了检测算法的数据传输及处理压力，为检测算法的星上嵌入式实现提供了可能，在推扫相机和凝视相机上均有较好的应用。

为了在地面研制阶段精确地测试空间遥感相机在各种空间频率处的调制传递函数,对测试原理进行了理论推导和分析,并基于此开展了整机在各种空间频率处的传函测试实验。在给出了遥感相机调制传递函数的测试实验链路的基础上,推导了各种空间频率的正弦波和方波靶标在整个链路中的光能传递过程,从而得到了遥感相机在各种频率下的调制传递函数和对比度传递函数的理论形式,并证明了在任何频率处二者之间的转换系数均为π/4。最后,在真空环境下进行了相机在1、1/2和1/3乃奎斯特频率下的调制传递函数测试。实验结果表明：某空间遥感相机在实验室条件下测得的1、1/2和1/3乃奎斯特频率下调制传递函数分别为0.21、0.40和0.59。经计算光学系统反推传函与设计传函衰减系数接近1,证明了方法的正确性。

为了精确地测试空间光学相机入轨之前在乃奎斯特频率处的调制传递函数, 开展了整机在乃奎斯特频率处的传递函数测试实验。给出了相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数测试链路图; 推导了乃奎斯特频率的方波靶标在整个链路中的传递过程和终端靶标图像的精确对比度函数模型; 计算了终端靶标图像的对比度与相机在乃奎斯特频率处的调制传递函数转换关系和理论误差形式。最后, 在真空环境下测试了相机在乃奎斯特频率下的调制传递函数, 并依据本文推导的结论对结果进行了修正。实验结果表明: 某空间光学相机在实验室条件下测得的乃奎斯特频率处的调制传递函数为0.213, 经折算时间延迟积分CCD(TDICCD)及处理电路的调制传递函数为0.602, TDICCD外围处理电路的调制传递函数等效衰减系数为0.946,与理论值接近。测试结果表明提出的方法基本准确, 能够满足空间光学相机地面研制阶段对调制传递函数测试的要求。

为满足EMCCD供电的特殊要求，基于光耦特性设计了EMCCD供电电源。利用光耦的光电隔离特性实现了输入与控制信号的隔离；利用光耦接收三极管的线性区实现输出电压的连续调整；利用光耦接收三极管的饱和与截止特性实现了上电状态控制；利用高速光电接收二极管及图腾柱电路的高速特性实现了DC-DC电源的同步控制；对各部分光耦电路的温度特性进行了分析,并增加了反馈电路以降低温度影响。实验结果表明，基于光耦的EMCCD电源设计满足应用要求，改进后的输出电压随温度变化率为改进前的8.9%。

为了改善高分辨率TDICCD成像系统图像数据的高速传输特性, 设计了FPGA内部实现5/3提升小波的动态RAM结构。该结构通过循环利用同一RAM资源进行图像数据的同时读写, 解决了5/3提升小波在FPGA实现过程中的RAM不足问题, 提高了RAM资源利用的有效性。试验表明, 5/3提升小波在FPGA内部的动态RAM实现过程, 具有实时性高、可靠性好、占用资源较小等优点。该方法在图像预压缩、图像去噪、图像实时传输等方面有重要的意义。5/3提升小波在FPGA中的动态实现, 完成了5行数据存储的提升小波处理过程, 增强了星上实时数据的处理能力, 为后续程序的开发奠定了基础。

为解决卫星平台振动造成的图像质量下降问题, 提高TDI CCD相机成像质量, 分析了卫星姿态稳定度的范围及影响。讨论了卫星平台振动与TDI CCD成像质量的相关性, 推导了卫星平台姿态稳定度和像移的关系公式, 得出TDI CCD相机对卫星姿态稳定度的要求与轨道高度以及积分级数有关。实验验证了公式推导, 结果显示: 轨道高度越高, 积分级数越大, 对卫星姿态稳定度的要求就越严格。数据表明: 轨道高度在200~1 000 km变化时, 对卫星姿态稳定度的要求从0.037 7 rad/s提升至0.006 35 rad/s; TDI CCD相机的积分级数在1~100间变化时, 对卫星姿态稳定度的要求从0.014 rad/s提升到0.000 14 rad/s。本文工作确定了卫星姿态稳定度和轨道高度以及积分级数的关系, 有助于TDI CCD成像质量的提升。

为了同时改善遥感图像的空间分辨率和光谱分辨率, 提高遥感图像信息量, 提出了一种基于非下采样轮廓波变换的全色图像与多光谱图像的融合方法。首先, 对多光谱图像进行HIS变换, 获取其亮度分量; 分别对多光谱图像的亮度分量和全色图像进行非下采样轮廓波变换, 获取其高低频系数; 采用脉冲耦合神经网络算法和加权融合对高低频系数进行选取; 最后, 经过逆HIS变换和逆非下采样轮廓波变换获得最终融合后图像。实验结果表明, 本文融合方法处理后遥感图像的光谱失真少, 信息量和清晰度都优于其他传统遥感图像融合方法。

考虑空间相机观测场景的动态范围很大, 本文提出了采用双排时间延迟积分(TDI) CCD来提高相机动态范围的方案。对两排TDI CCD分别设置不同的积分级数。得到的积分级数高的CCD图像虽然可能存在饱和区域, 但暗区域极易分辨; 积分级数低的CCD图像虽然不利于暗区域的分辨, 但可以较好地观测亮区域的层次。最后, 根据积分级数的差别对两排CCD的图像数据进行合成来获得大动态范围图像。结果显示, 该方案有效地提高了相机的动态范围, 当积分级数分别设置为8和48时, 动态范围可以提高15.56 dB。