在遥感成像系统,如卫星相机和航拍相机中,往往要求系统具有高的地面分辨率以及大的地面覆盖,这就要求成像系统中图像传感器的尺寸大或者说像元个数多。从现有的技术来看,目前的单块图像传感器还不能满足遥感成像系统的这种大尺寸的要求,因此,图像传感器的尺寸已经成为限制大视场或高分辨率的遥感成像系统发展的一个瓶颈。如何绕过这个技术瓶颈来实现大视场的成像系统已经成为光学遥感中的一个热点问题。本文研究的问题就是如何通过光学的方法利用现有的常规图像传感器实现大视场或高分辨率成像系统的目的。为此,本文分析了几种常见的实现大视场或高分辨率成像系统的光学拼接方法,比较了他们之间的优缺点,并提出了一种新的光学拼接方法——基于金字塔反射镜的无缝渐晕补偿视场拼接。在该方法中,采用具有四个反射面的金字塔反射镜将光学系统的视场分割成四个子视场,每个子视场中的图像都由一块常规的图像传感器接收,将这四个子图像通过软件拼接的方式组合在一起就可以实现大视场的光学系统。为解决棱镜分光引入的渐晕失真现象,本文提出采用子图像间重叠像素渐晕补偿的方法,使系统即能快速成像又能保证输出图像具有高信噪比。本文对该光学拼接系统进行了系统建模,并以此作为基础详细阐述了光学拼接系统的实现原理、基本特性、渐晕失真现象产生的原因以及利用子图像间的重叠像素实现渐晕补偿。从信号处理的角度,分析了渐晕补偿法的信噪比,证明渐晕补偿法与常规的渐晕校正法相比具有更高的信噪比。以物理光学和傅立叶光学为理论基础,将光学系统成像与后续的图像处理作为一个整体的成像过程,建立了系统成像的理论模型,并分析了棱镜分光以及渐晕补偿法对系统成像特性的影响。为了对本文所提出的光学拼接方案的进行原理验证以及更好的理解其中所涉及到的技术难点,作者研制了原理样机。本文对该原理样机的结构框架以及基于USB控制器和FPGA的图像获取解决方案做了详尽的阐述。为实现子图像的拼合,基于本文提出的基于金字塔反射镜光学拼接方案的基本原理,提出了将渐晕补偿法、常规渐晕校正法和基于梯度的拼接痕迹消除法相结合的子图像的拼合算法。利用该算法对原理样机获得的图像进行了处理,得到了令人满意的结果。从而验证了该方法的可行性。本文提出的基于金字塔反射镜的视场拼接方法可以有效解决光学系统的视场因图像传感器的尺寸而受到限制的问题,该方法是一种结构紧凑、渐晕补偿、无运动部件的大视场像面无缝拼接方法,采用该方法实现的系统具有紧凑的结构,且体积小、易实现轻量化,这些优点非常适合卫星遥感的应用。