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摄影测量与遥感正逐步进入全数字化时代，数字航空摄影相机的成功应用已成为其科学与技术发展的重要推动力。数字航摄相机具有作业效率高、动态范围大、几何精度稳定等优点。与此同时，数字传感器应用于摄影测量与遥感过程还存在诸多实际难题，例如外视场拼接引发多中心投影构像、数字航摄基线离散化数字化与基高比参数较低、多相机摄影引入曝光不同步以及遥感信息模/数转换物理机理等，迫切需要数字化的几何辐射成像模型、摄影测量理论与遥感数据处理方法给与全面的、系统的技术支撑。
本文在系统性地总结经典摄影测量与遥感科学的基础理论、航摄传感器成像模型与系统的关键技术基础上，重点针对目前数字航摄相机系统所存在上述实际问题，采用内视场拼接方法，建立基于数字传感器工作物理过程的几何、辐射传输模型，探索遥感信息获取的数字化转换机理，并以二次成像数字航摄相机（Twice Imaging Digital Camera，简称TIDC）原型系统的设计研制为例验证了模型的合理性与有效性，为实现适配化、数字化的遥感信息获取系统进行了有益的尝试。具体包括：
（1）内视场拼接几何构像模型与TIDC系统设计。本文从空间几何角度出发，深入分析了航摄相机系统所具有的多相机内视场拼接模型，通过严密的几何构像方程推导，解释了大幅面数字影像严格单中心投影构像原理以及航摄基高比灵活可调的特性，建立了二次成像航摄相机TIDC系统的地面分辨率、航摄比例尺、基高比等计算方程式。
（2）基于概率统计的辐射传输模型建立与Monte Carlo模拟。依据光子传输的物理过程，由一次承影器件、二次成像镜头以及CCD数字采样的物理过程构建辐射传输模型，借鉴概率统计的思想与Monte Carlo模拟方法，利用Visual C++和Matlab混合编程，建立了二次成像数字后背辐射传输模拟系统，得到各组成部件辐射量传输仿真结果，并对结果进行了定量的评价。
（3）遥感成像数字化空间采样移变特性分析与仿真验证。分析了基于空间移不变特性假设的遥感成像模型与传递函数理论应用于遥感数字成像过程引发的离散化、定量化的新问题，全面地探讨了静态、动态航摄成像条件下CCD传感器移变效应形成的物理机理，运用概率统计的方法描述了遥感数字图像模数转换过程，通过二次成像数字后背模拟仿真系统验证了CCD数字采样空间移变特性。
（4）TIDC原型系统的研发与实验验证。介绍了TIDC数字后背各组成单元的详细设计与开发，包括承影器件、面阵CCD驱动单元、高速数据存储单元、数字光机结构、机械快门与CCD曝光同步控制单元等。在各单元验证测试成功的基础上，集成RMK胶片航摄相机镜头与数字成像后背于一体，开发出TIDC原型系统，通过承影器件分辨率影响实验与MTF测试分析、IS012233模拟二次成像实验及MTF变化、数字后背模拟航摄试验以及TIDC原型系统的地面、航飞试验等，较为全面地验证了上述模型与方法，为工程系统的形成提供了理论依据与技术保障。