提出了一种可大幅度提升高光谱成像探测动态范围的基于帧转移电荷耦合器件(CCD)的曝光控制技术。该技术采用先积分后读出的工作模式，结合CCD快速电荷倾倒时序控制方法，能够有效清除空闲时段的无效电荷，实现超短积分时间和长积分时间曝光周期的快速切换；针对同一被探测目标，在规定时间范围内通过多档积分周期之间的快速切换，实现多档曝光周期的不间断循环曝光，从而使该技术的光谱探测动态范围相较传统技术提升2个数量级以上。设计了循环曝光档数和曝光时间可动态设置方式，时序仿真与测试结果表明，该方式能够有效提升高光谱成像技术在复杂光环境下的适应性。

一种基于异步时序驱动和Binning技术的高帧频成像技术在帧转移CCD相机上得到成功应用。为了抑制该CCD相机成像时产生的拖尾效应, 基于该相机的高帧频连续成像原理, 理论上分析了图像获取过程中拖尾产生的原因, 给出了一套完整的消除拖尾的数值解析算法。该算法充分考虑了图像亮度变化对拖尾形成产生的影响, 并对此进行了修正, 已在异步Binning CCD相机上进行了实验验证。利用相机以40 000帧每秒的帧频获取4幅连续图像进行实验, 实验结果表明, 该算法可有效去除每幅图像的拖尾噪声, 而且消除拖尾噪声后的图像区域的灰度方差得到明显降低, 异步Binning CCD相机的成像质量得以提高。上述结果表明算法适用于高帧频相机的连续成像。

为满足水色成像光谱仪通道可编程的需求，针对E2V 公司大像元高灵敏度帧转移CCD55-30设计了成像电路。利用PGP（棱镜/光栅/棱镜）分光组件成像在探测器光敏面，由FPGA 控制成像时序，实现了推扫式成像光谱仪的光谱中心波长和通道带宽可编程，同时在全帧模式下能够分批下传全光谱定标数据。通道可编程技术即将应用于我国新型水色成像光谱仪，可大大降低图像数据传输率，并提高对地光谱观测灵活性。

帧转移CCD在先进高光谱遥感技术中具有非常重要的应用价值，而拖尾问题是其在高光谱成像等高帧频应用中存在的最大障碍之一。为了减小拖尾的影响，建立了驱动器、PCB传输线及CCD内部结构一体化的驱动信号传输模型，比传统模型能更准确地预测CCD内部和外部的驱动信号波形；仿真对比了各种典型参数对CCD驱动信号波形的影响，仿真与实测结果具有很好的一致性。根据仿真结果进行了高帧频帧转移CCD驱动电路的优化设计，实现了100 ns的行转移时间，在500 fps的帧频下获得了拖尾系数小于1%的驱动效果，为进一步提高CCD的工作帧频提供了保障。

介绍一种高帧频相机垂直拖尾影响的解决方法，该方法同时考虑连续采集模式下帧间图像和像元合并(binning)技术的影响。与常用的静态图像拖尾处理的算法如逆向逐行修正算法相比，该算法非常适用于连续图像拖尾处理，特别是经过Binning后获取的图像。在某自主研制的基于异步时序的40 000 帧/秒高速相机中应用该方法，有效去除了拖尾影响。最后，运用该方法处理的图像验证了算法的有效性。

帧转移型CCD传感器在拍摄星空背景图像时，视场中高亮度恒星会产生Smear现象，从而对目标检测有严重影响.为了消除Smear现象，提出了一种星图中基于小波变换的Smear消除方法.首先根据Smear产生机理及星空图像特性，建立星图Smear问题的模型；然后使用多层二维Haar小波分解，把Smear亮线分离到低频分量及高频垂直分量中分别进行Smear消除处理；最后重构出消除Smear的图像.实验结果表明：该方法能有效去除Smear，最大限度保留图像原有信息，并可增强Smear区域弱小目标信噪比.