建立了基于焦平面探测器的红外成像系统成像的空间域和频率域模型；并分析指出，由于背景辐射的存在和红外探测器明显的响应非均匀性，只有系统经过良好的辐射校正，方能使其成像过程符合线性和空间不变性条件，使得相机可以采用传递函数来评价其几何成像性能。提出了针对基于焦平面探测器的红外成像系统的传函测试方法，能够有效地处理背景辐射的影响而且不受系统不均匀性的影响，试验和应用实践显示了该方法的有效性。

从分辨率和辐亮度两个角度出发，对TDI推扫相机机动成像模式下的成像质量进行了分析。首先，提出了视轴追迹法分析计算TDI和线阵两个方向的分辨率，通过构建侧摆和星下点之间的坐标转换矩阵，得到不同机动角度下TDI和线阵方向的单位矢量，随后计算出这两个方向的单位矢量沿着视轴方向在地面的投影矢量，结合相机的参数和轨道高度、地球半径等计算出地面像元分辨率。同时根据卫星在地面的投影速率得到不同视场的积分时间，并分析以中心视场为积分时间基准下，边缘视场在不同TDI级数下的MTF退化情况。以某遥感型号为例进行了具体的分析计算，并根据MTF的退化情况对侧摆角度提出了要求，计算结果表明，边缘谱段在大侧摆下TDI级数为60时，MTF已下降为0，在轨使用时要慎重选用级数。然后，结合理论计算和在轨图像分析了了不同侧摆角度下大气对图像对比度的影响，通过分析表明侧摆会改变大气传输路径，从而影响目标的对比度，分析结果可以为后期的图像校正提供参考。

调制传递函数（MTF）是遥感相机的重要评价指标，但是目前对于数字域 TDI CMOS 相机动态MTF特性研究十分有限，为了深入研究其像质下降机理，结合数字域TDI CMOS成像原理，建立了像元、电子快门、曝光时间、振动引起的数字域TDI成像MTF下降数学模型。结合推导模型开展了预估分析和实验验证。结果表明：传感器的有效像元区域分布会影响图像MTF，且开口率越小影响越大；CMOS传感器的卷帘快门会导致数字域TDI成像MTF下降，卷帘速度越慢影响越严重，其中卷帘速度从6 μs变为10 μs时，对应的图像MTF从0.191下降为0.177；曝光时间越短则MTF越高，尤其当存在低频像移失配时更为明显，曝光时间从180 μs减小为100 μs时，图像MTF从0.126提高为0.155，但同时也会影响图像信噪比，因此在实际应用中应合理选择曝光时间。

调制传递函数（传函）测试是空间相机研制过程的重要环节，常规传函测试需要用到平行光管。自准直传函测试方法是一种不依赖于平行光管的系统传函测试方案。首先介绍了自准直传函测试系统的原理和搭建方案。其次对比了平行光管测试的过焦曲线和自准直传函测试的过焦曲线，发现该系统对焦面离焦敏感程度不亚于平行光管，得到该系统可以用于判定焦面位置正确性的结论。再次分析了自准直靶标条纹经过平面镜反射后偏转的现象，该现象将引入测试误差。给出了偏转角的数值计算公式和条纹偏转对传函值影响的计算公式。针对离轴系统对偏转角敏感的问题，给出自准直靶标的设计方法。利用该方法可以将靶标条纹偏转造成的传函测试误差降至可以忽略的量级。然后讨论了采用自准直传函测试方案时相机探测器与测试靶标的拼接，分析了探测器滤光片对焦面位置的影响，提出了探测器与靶标共焦面的设计及拼接方案。最后总结了该测试方法在某型号相机的实际应用，为自准直传函测试方法在后续系统的应用打下基础。

航天相机的成像质量是获取遥感数据的关键，航天相机设计中调光是影响相机的成像质量的重要参数，自动调光是预先获取目标场景的信息，根据信息确定调光参数，避免过度曝光或曝光不足带来的图像信息损失。我国首次火星探测任务天问一号高分相机，针对火表复杂照度，为获取高质量图像数据，提出了基于TDI CCD推扫成像与CMOS凝视成像自动调光成像电路设计，并提出了基于FPGA的自动调光算法。对天问一号高分相机进行自动调光试验，试验结果表明：自动调光后图像的动态传函MTF提升0.013，外场试验中，对实际景物进行自动调光前后对比拍摄，结果表明自动调光成像效果良好，具备较好的场景适应能力，满足火表复杂照度下自动调光成像需求。