空间相机通过成像透镜将空间目标投影到摄像机二维像平面上，投影过程可用成像变换描述，即相机成像模型。采用针孔成像模型描述映射关系，相机针孔成像模型如图4-1所示。首先定义如下坐标系：

图4-1　相机针孔成像模型

①数字图像坐标系o-uv。数字图像坐标系以图像左上角为原点，描述像素位于数字图像的列数和行数。

②图像物理坐标系O-XpYpZp。图像物理坐标系原点位于成像平面中心，Xp轴垂直于成像平面指向镜头方向，Yp轴与数字图像坐标系v轴反向，Zp与Xp、Yp构成右手笛卡儿坐标系。

③相机坐标系Oc-XcYcZc。坐标系原点Oc为相机光心，Yc、Zc分别与成像平面坐标系中的Y、Z轴平行，Xc为摄像机的光轴，与图像平面垂直。

④世界坐标系Ow-XwYwZw。为了便于分析，此处取世界坐标系与相机坐标系重合。(www.daowen.com)

在图4-1中，f为相机焦距。相机坐标系下三维空间上的点P（xc，yc，zc）线性映射到图像物理坐标系下的p′点。根据透镜成像原理，P点在图像坐标系对应的点p′为倒立相反的，需要经过180°旋转，才能得到人眼看到的图像。经过180°旋转后，得到p。在模拟目标图像时，假设相机不存在畸变。由比例关系，可得相机坐标系下目标位置P（xc，yc，zc）与理想图像坐标系下成像点p（yp，zp）的对应关系为

图4-2　数字图像坐标系

记电荷耦合器体（CCD）面阵为mu×mv像素，每个像素点物理几何尺寸为dY×dZ，取数字图像坐标系为CCD面阵中点，结合图4-2与式（4-1），可得