提高遥感相机的成像质量是航天遥感探测领域中最为重要的任务之一,高动态范围（High Dynamic Range,HDR）成像技术作为一项重要的图像处理技术,可有效提高航天遥感相机的成像质量,其研究价值巨大。然而,目前面阵CMOS遥感相机的动态范围远小于自然界的动态范围,造成遥感相机不能很好地捕获真实场景的实际亮度变化;受到星载平台姿态稳定性的影响,图像像元不能很好地对齐;此外卫星对地成像存在相对运动,为了防止遥感相机成像出现拖尾现象,其积分时间设置十分短暂,不能很好地对目标区域曝光,由此造成图像成像暗淡,细节丢失。针对以上问题,本文主要进行了以下研究:（1）提出了一种基于组合特征和灰度的面阵CMOS相机图像配准方法,以解决星载高动态场景下面阵CMOS相机在高速连续拍摄过程中受卫星平台姿态稳定度的影响,造成图像前后帧对应目标出现偏移的问题。该配准方法将特征配准算法与灰度配准算法相结合,通过特征提取算法提取图像特征,结合一种快速匹配策略,进行图像的粗配准。将粗配准结果作为灰度配准算法的输入数据,通过图像金字塔结合Open MP分块并行加速计算灰度互相关系数的方式,逐层快速进行图像配准,最终可得到一幅精确配准的图像。该配准方法,既可解决遥感图像大尺度旋转、平移导致的配准问题,也可实现大尺度遥感图像的高精度配准。通过实验验证分析,本文所提出的基于组合特征和灰度的面阵CMOS相机图像配准方法优于特征配准算法与灰度配准算法,其具有高效率、高精度、高鲁棒性特性而且包含更丰富和更易识别的信息,为大尺度、大分辨率遥感影像配准精度低的问题提供一种新的解决方法,同时为星载面阵CMOS相机进行高动态范围成像提供强有力的支撑条件。（2）提出了一种基于虚拟数字时间延迟积分（Time delay integration,TDI）技术的面阵CMOS相机多曝光图像融合方法,以解决面阵CMOS遥感相机高动态范围成像问题。该方法由图像配准与数字TDI技术组成,首先对面阵CMOS相机高速连续拍摄的八帧原始低照度图像进行配准以选取公共感兴趣区域（Region of interest,ROI）,然后模仿数字TDI技术对ROI区域进行多曝光序列生成。此方法可有效解决面阵CMOS相机曝光时间有限的问题,且不需要对相机进行硬件改造。为了生成图像融合所需的输入数据,提出曝光图像合成策略,通过设置三个曝光等级可获取虚拟数字TDI技术采集生成的三张曝光图像。最后为了解决虚拟数字TDI技术带来的图像模糊问题,采用图像复原方法对图像进行去模糊,从全局角度考虑,改进多曝光融合权重评价因子,可生成一幅具有丰富细节的HDR遥感图像。通过实验验证分析,本文所提出的基于虚拟数字TDI技术的面阵CMOS相机多曝光图像融合方法优于对比算法,有效解决了面阵CMOS相机动态范围局限性的问题,且为遥感卫星获取高质量图像提供一种新的解决方法。（3）为了实现星载一体化HDR成像技术,将本文方法利用一种多核并行策略,实现并部署于德州仪器数字信号处理器（DSP）TMS320C6678上,应用于军科委CX特区H863项目《XX信息融合与提取（二期）》中。通过使用不同尺度的遥感图像数据对比单核与多核运行效率,证明了本文方法多核并行策略的有效性。