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航天CMOS相机数字域TDI技术的研究目标，是解决数字域TDI技术难题、对数字域TDI成像特性做出评价、并进一步建立数字域像移配准理论，从而实现CMOS图像传感器在航天高分辨成像中的应用，以克服TDI CCD的固有缺陷。利用数字域TDI的技术思路，有效解决CMOS传感器在扫描式遥感相机应用中存在的技术困难，同时数字域操作灵活的优势，有效扩展了航天相机的实用功能，使得相机在利用率等方面得到显著提高。
本文主要从CMOS图像传感器的成像特点出发设计数字域TDI算法，建立了同步数字域TDI和卷帘数字域TDI的算法模型。为了便于工程实现，对数字域TDI算法加以优化，提出了先入先出、存储器深度扩展和乒乓操作机制相结合的方法以有效提高行频并减少存储器数目。
TDI成像的前提是相机与目标之间存在满足一定要求的相对运动。然而，存在相对运动的扫描成像对卷帘快门带来了严重影响。为了更深入地研究卷帘数字域TDI算法，本文针对卷帘快门在运动成像中存在的图像失真问题展开了详细分析，推导出“卷帘快门效应”对数字域TDI成像的影响关系模型。
为了分析数字域TDI CMOS遥感相机的特性，本文从信噪比建模和MTF分析两个角度展开研究。通过理论分析和实验验证相结合的方法，探究其噪声来源及分布特性，建立了数字域TDI CMOS成像系统的信噪比模型以及信噪比与积分级数的关系。在MTF分析方面，利用传函的定义和正弦理论计算方法建立了横向像移、纵向像移引起的MTF下降模型，针对CMOS传感器填充因子小的特点，考虑光敏元尺寸和形状的影响，建立了传感器本身的MTF。最后针对各种类型的像移巧妙设计了测试试验。
通过对我国现有像移补偿方法进行分析，发现其采用的机械式调偏流依赖于复杂的机械机构及高精度高实时性的调偏流控制机构，同时电子式调行频受TDI CCD器件的限制，可调范围有限。为了解决以上问题，本文以数字域TDI算法为依托，提出了自适应像移配准算法。结合透射成像原理，利用像点与物点的对应模型，从纵向像移补偿和横向像移补偿分别建立了自适应像移配准算法模型，并推导出自适应像移配准算法的综合模型。另外针对算法进行了误差分析和仿真。论文还开展了应用自适应像移配准算法的数字域TDI成像结果与TDI CCD成像结果的对比，结果表明尤其在像移失配严重时应用自适应像移配准算法的数字域TDI成像效果明显优于TDI CCD。
最后，为了验证本文提出的算法，设计了第一代和第二代数字域TDI CMOS成像系统。利用成像系统分别开展了静态靶条模拟动态推扫和外场推扫成像实验，拍摄图像轮廓清晰、细节丰富，实验结果与理论分析相吻合，验证了本文提出的数字域TDI算法和自适应像移配准算法的可行性与正确性，为CMOS图像传感器在航天高分辨成像应用和相机成像分析建模奠定基础。