光学遥感成像技术的飞速发展，要求空间光学遥感系统的空间分辨率更高、光谱分辨率更高、辐射分辨率更高，然而遥感器的轻小型化与高分辨率成像之间是矛盾的，这就使得空间光学遥感器的设计、研制难度越来越大。受观测条件的限制，发送各种条件下的遥感数据变得很不现实，利用实验室技术模拟仿真从传感器、卫星平台、深空环境、大气传输、地表景物到最终图像获取的整个遥感物理过程，能够保证在经济成本很低的条件下来获得客户所需要的大量图像。由此可见，光学遥感仿真技术在遥感任务预测、成像系统设计、图像质量评估、图像处理算法验证、图像解译训练等一系列领域都具有极其重要的应用价值，业已逐渐成为国内外相关研究机构竞相开展的热门研究课题。在对光学遥感系统进行建模和仿真之后，我们会得到各种类型的仿真图像，需要我们利用各种相应的光学遥感图像处理技术对其进行处理，从而提取出有用的信息，从而实现了各种遥感图像的多样性应用。本文的主要研究工作包括以下几个方面：1)基于经验总结的MTF数学模型，编写了基于MTF模型的遥感成像链仿真平台V1.0，实现在全数字环境中动态模拟大气、光学系统、平台、CCD探测器、离焦、像移以及电子学系统等各个环节对最终遥感像质的影响，有助于综合评价遥感器的成像性能，从而实现遥感器的优化设计。2)在基于刃边法计算遥感图像的MTF的算法中，提出一种新型的非线性二乘迭代算法拟合Fermi函数，摒弃了模拟退火算法计算函数系数时的缺点，在精度和速度方面都有较大改进。3)基于对各种传统彩色插值算法的分析和比较，本文提出了一种新型的基于权重边缘-权重色差的彩色插值算法，实现对Bayer图像进行彩色复原的过程。该算法将色差法则、加权定律、自适应法则和迭代优化算法巧妙地结合在一起，增加了R、G、B三种颜色分量之间的相关性，而且插值方向选取合适，有效抑制了彩色摩尔条纹。4)对天文星图进行预处理、星点粗定位、星点细定位之后，本文提出了一种新的特征匹配法以全等三角形的重心为特征点。然后基于这些三角形重心点集合，利用RANSAC算法计算配准转换模型，完成配准过程。整个过程是利用GPU对星图配准算法进行了并行程序设计，并利用Matlab中的nvmex编译GPU代码，使得Matlab可以直接调用生成的MEX文件，有效的加速了天文星图的配准速度，总时间加速比达到29.043倍。5)利用自制的多波段偏振CCD地面实验装置，将白炽灯作为照明光源，获取目标的偏振光谱图像。本文实验的目的是辨别真花和假花、真叶和假叶，以DOLP为评价指标，发现与灰度图像相比，偏振度图像中的真花和假花的对比度数值更大，即两者更容易被区分。