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空间光照条件使得天基图像对比度远高于地面图像，这就导致了图像中空间目标的细节信息流失。为了解决这一问题，本文以Sandroid卫星平台为基础，研究设计了一套能在轨实时运行的高动态范围成像系统。该系统包含硬件的改进与软件算法的设计。并且通过地面仿真实验验证本系统的可行性与正确性。本文主要工作如下: 首先，研究并设计了Sandroid卫星上的高动态范围成像系统框架。系统包含三个方面:去重影算法，多曝光融合技术以及色调映射技术，并建立相机成像模型。 然后，基于Sandroid卫星平台，分析了当前高动态范围图像获取方式存在的问题以及它们不适合太空成像的原因。在此基础上，提出对Sandroid卫星平台的硬件改进方案以及对应的软件算法。硬件方案为通过相机阵列获取HDR图像，软件算法为通过与内容无关的匹配算法消除最终HDR图像里的重影问题，大大提高了算法的正确率。并且，通过实验验证高动态范围图像获取系统的可行性与执行效率。 最后，提出了适用于卫星平台与太空HDR图像的色调映射算法。该算法的原理是基于图像划分分别处理图像的不同区域，以此达到优化算法的目的。算法还着重解决了由图像划分引起的裂缝问题，使得得到的结果能够清晰的显示目标。算法在时间复杂度与显示效果之间做了权衡，使得显示图像大大改善的情况下没有增加太多的时间复杂度。