在国内外运载火箭领域,可见光成像系统得到了越来越多的应用,如观测火箭助推分离、级间分离、发动机点火、整流罩分离、星(船)箭分离、故障定位等。然而,箭载环境具有其特殊性,如场景动态范围宽、可靠性要求高、环境温度变化范围大等,这些特点给箭载可见光成像系统设计带来了巨大困难。本文紧密结合研究课题,以箭载可见光成像系统动态范围提高及图像优化算法展开研究。所取得的主要研究成果为:(1)提出了一种成像系统动态范围模型,通过该模型分析影响系统动态范围的相关要素,包括传感器噪声、AD转换噪声、模拟增益、数字增益以及映射对输出动态范围的影响,并建立了相应的数学模型。该模型可以指导研究人员设计高性能动态范围成像系统。(2)深入研究了动态范围的软硬件扩展方式,针对软件方面,提出了基于BAYER格式图像的快速图像融合算法。对所建立的数据库图像处理,与传统RGB融合算法相比,该算法标准差提高了1.5%,空间频率提高了0.33%,信息熵提高了0.40%;针对硬件方面,建立了光电系统平台,实现了多斜率积分扩展及单帧曝光多帧读出方式的动态范围扩展。(3)针对彩色图像恢复,提出了一种混合彩色恢复算法。该混合算法采用一种基于色差梯度的新型插值算子,该算子具有良好的信噪比。对标准数据库进行处理,该混合算法平均信噪比达到了38.76dB,而ACPI平均信噪比为36.88dB,BI平均信噪比为30.06dB。实验分析表明,该算法针对箭载摄像装置BAYER图像,具有良好的彩色恢复效果。(4)针对实验系统,分析了该平台在高温环境下的噪声特性,通过直方图分析,其噪声更接近于瑞利分布,提出了基于瑞利噪声的小波域最大后验概率图像去噪算法。对‘Lena’和‘Peppers’去噪,提出算法的PSNR分别为30.11dB和31.80dB,优于双边滤波算法PSNR27.38dB和28.44dB。最终,算法应用于实际验证平台,并取得了较好的去噪效果,验证了其有效性。