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。

长焦距面阵CCD相机以TDI模式进行动态横向多幅扫描成像时, 行转移频率高或者曝光时间长会使图像输出有明显缺损, 从而影响图像的判读。为解决这一问题, 分析了全帧CCD相机TDI模式的工作原理, 分析认为快门曝光过程中CCD存在的无效TDI转移是导致输出图像出现缺损的主要原因。通过实验验证了分析结果, 并提出保证CCD曝光过程中TDI转移与机械快门曝光精确同步的方法来消除无效TDI转移。 据此设计了光电同步定位法进行曝光控制, 并研制了相应的快门光电同步装置。成像实验结果显示, 该方法可将图像缺陷区域控制在15列像元内, 解决了面阵CCD在TDI模式下输出图像的缺损问题, 提高了图像判读精度。

重点讨论了像元尺寸为11μm×11μm的4096×4096元可见光CCD全帧转移结构和技术性能参数的设计，采用CCD埋沟工艺和辐射加固技术，研制出了高性能4096×4096元可见光CCD。结果表明器件动态范围达到75dB，读出噪声电子数为30，暗电流产生率为2mV/s，响应非均匀性为2%，非线性为0.4%，且具有抗γ射线辐射能力。

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.

提出一种全帧型CCD航空相机像移补偿的实现方法.应用全帧型CCD在机械快门不关闭的情况下连续曝光的特点,并根据不同的速高比控制暂停脉冲的个数和宽度,控制了CCD垂直转移的速度,使CCD在曝光的同时进行转移和读出,实现了全帧型CCD航空数码相机航向方向的像移补偿.实验数据表明:该方法能够实现全帧型CCD像移补偿的功能.