红外成像系统的成像效应建模仿真技术一直以来受到极大地关注,其对红外成像系统设计与评估、红外预警或制导系统开发、全数字仿真场景生成等具有极其重要的意义。另一方面,通过实测图像进行成像系统反演,能提取出更符合实际系统特性的成像效应,也是景物本征温度场反演及高真实感仿真场景生成的关键环节。本文依托红外成像理论及计算机仿真技术,在建立系统、全面的成像系统仿真模型的基础上,通过实验对仿真模型的仿真度进行了验证,并对成像系统反演的方法进行了研究。论文主要的研究工作分为以下几个方面:首先,根据红外成像系统的成像物理过程建立了信号传递特性模型、空间传递特性模型、空间采样特性模型及时空噪声特性模型。并以此为基础,构建红外成像系统的仿真框架,分别利用光线追迹法、调制传递函数方法及基于像素处理的方法对各成像系统效应实现模拟仿真。其次,建立了以调制传递函数（MTF）、信号传递函数（Si TF）及图像质量作为评价指标的仿真模型验证模型。通过中波热像仪与长波热像仪的实测指标结果与仿真模型的仿真指标结果进行比对,验证结果表明仿真模型的各指标相似度较高,具有良好的可用性及可靠性。并且选取仿真模型中光学系统、探测器及信号处理模块的典型参数,以系统调制传递函数曲线变化程度或仿真图像的差异程度为指标进行灵敏度评估,得到焦距、通光孔径、D*、NETD、积分时间及低通滤波3d B频率参数的灵敏度较高。然后,对成像系统反演进行了建模研究,建立了包含响应数据定标、成像效应反演及本征温度获取三阶段的成像系统反演模型。针对盲元效应、噪声效应以及调制传递效应这三类主要的成像效应,根据各成像效应不同的作用方式,建立了基于实测图像对各成像效应提取、去除以及对理想图像添加各成像效应的方法。并采用计算盲元率、基于PCA分析的高斯噪声检测方法及Roberts函数图像清晰度评价方法对各成像效应的反演效果进行评价。最后,对成像系统反演进行了实现,选取中波热像仪进行了测量数据的定标获取其温度-电平关系,并基于实测图像采用自适应窗口下有效像元加权补偿法、时间序列图像求平均法、图像傅里叶变换频谱图与MTF模板相除的方法实现了各成像效应的反演,得到经发射率修正后的本征温度与实际温度的相似度较高,证明了成像系统反演模型的反演效果较好。在此基础上,对成像系统反演在成像系统仿真模拟方面的作用进行了研究,并与成像系统理论模型相结合建立基于反演改进的成像系统仿真模型,获得了仿真相似度更高的成像系统仿真图像。本文建立的成像系统仿真模型可应用于全数字场景仿真中红外成像系统模块下的图像仿真及性能参数计算,参数灵敏度分析的结果对真实成像系统设计及仿真模块参数取值有一定的参考作用,并且所建立的成像系统反演模型也对本征温度场的反演及红外成像产品数据集拓展的研究有重要意义。