机载相机能够高效地获取地面信息,在许多领域得到了广泛的应用。非球面光学元件由于其设计变量多,可以满足复杂光学系统的设计要求。机载相机与非球面光学系统的相结合已经成为重要的研究方向之一,机载相机在空中工作过程中,温度是影响其成像质量的关键因素,因此运用光机热集成分析方法研究温度对机载相机非球面光学系统成像质量的影响具有重要意义。针对机载相机工作过程中形成内部温度梯度所引起的梯度折射率,介绍一种梯度折射率系数拟合方法,对机载相机进行瞬态热分析,导出分析结果中透镜的节点位移与温度数据,采用最小二乘法编写梯度折射率系数拟合程序并对其求解,建立梯度折射率光学系统模型,结果表明随着机载相机工作时间延长,梯度折射率系数减小,成像质量提高。采用齐次坐标变换矩阵推导刚体分离矩阵,导入稳态热分析结果节点数据,求解非球面光学系统各透镜刚体位移并分离。以Fringe Zernike多项式为基底函数,运用光机热集成分析方法求解不同温度工况下的各个透镜的面形畸变,并建立热弹性变形光学系统模型,结果表明温度升高和降低都会降低光学系统成像质量,其中相机对高温环境更为敏感。对工作过程不同时间点产生温度梯度所引起的热弹性变形进行求解,并与梯度折射率引起成像质量影响进行对比,结果表明温度引起的热弹性变形对光学系统成像质量影响更大。对机载相机提出热控设计要求,介绍了热控外筒设计和隔热组件设计,为其热设计提供了设计方向和思路。对机载相机进行高低温实验,对不同温度环境所采集的图像成像质量进行评价,实验结果表明温度升高或者降低都会对机载相机成像质量产生影响,且机载相机对高温环境更为敏感,验证了光机热集成分析方法的有效性。