對于一個給定的地質單元，如一個基本像元尺寸，具有地面特征分布，或特征場，根據基本輻射定律，到達傳感器入瞳處的輻射亮度L可以用其空間、光譜和時間的分布特征性來描述：
L入=f（x，y，z；λ；τ；t）（5-5-2）
式中，x，y，z表示空間位置；λ為波長；t表示時間；τ表示大氣的透過率。f表示到達傳感器入瞳處前入射光與大氣相互作用、地質體的反射特性以及地質體反射輻射與大氣作用的各部分輻射能量的函數關系。
在成像過程中，傳感器光學系統對信號作空間采樣，即在圖像上分成離散的像元或像素：
L光=f（x，y，z；λ；τ；t；MTF；Sλ）（5-5-3）
MTF表示光學系統的調制傳遞函數，Sλ探測器的光譜響應函數（或稱探測器的傳遞函數），L光表示光學系統輸出的光譜輻射值。另一決定著空間分辨率的因素是光學系統的調制傳遞函數MTF，它影響影像的分辨力和對比度。調制傳遞度的高低是評價影像質量的標準。光學系統對入射光譜轉輸過程，實際上是調制傳遞函數對入射光的調制、變換過程。
5.5.2.1 輻射度測量
從空間對地面進行光學遙感，輻射功率和能量的測量可簡化為圖5-5-1所表示的過程。在一般情況下，設傳感器的軸線和地面輻射源表面法線的交角為θ，傳感器的入射光瞳對輻射源所張的半角為a（麥偉麟，1979）。這時，探測器元表面大小起著視場光闌的作用，限制著傳感器所能觀察到的視場。視場光闌在地面上的幾何投影相應于地面分辨率元，圖中（圖5-5-1（b））用虛線表示。瞬時視場半角用β表示。角度α和β對非相干輻射源的能量采集特性有重要的影響。
圖5-5-1 遙感傳感器對地面輻射的測量
（a）系統結構；（b）光路圖
視場和儀器孔徑對輻射測量的影響，可進一步用圖5-5-2說明。設遙感傳感器位于被測輻射面的正上方，即被測面元位于天底方向，并且高度為H。這樣，傳感器所觀測的地面瞬時視場GIFOV=（βH）2。式中，β是瞬時視場的平面角，且探測器元為正方形。顯然，在瞬時視場β不變的情況下，被觀察的面積ΔA將隨H的增大而增大（韓心志，焦世舉等，1994）。
從另一角度看，設面積為AP的儀器孔徑對面積ΔA所張的立體角為Δω，則有關系：
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在儀器孔徑面積AP和視場β 都不變的情況下，隨距離H的增大，ΔA隨之增大，但Δω隨之減小。進入傳感器的輻射功率正比于乘積Δω·ΔA，即
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圖5-5-2 輻射測量與儀器孔徑和視場間的關系
這樣，當忽略大氣傳輸的影響時，對于一個均勻的輻射目標ΔA來說，進入傳感器的輻射功率與軌道高度 H無關，只取決于儀器的入瞳面積和瞬時視場文體角Δω和β2。
5.5.2.2 光學傳遞函數（OTF）
任何線性漂移不變系統的性能都可以通過其脈沖函數或者輸出譜與相應的輸入譜的比率來描述。當一個光學系統把一復雜的電磁波輸入信號利用傅里葉變換理論分解為一系列簡單的輸入，然后研究組成這個線性系統的各個介質對這一系列簡單輸入的響應，最后把每個單獨的響應疊加起來，得到該系統的總響應。光學傳遞函數理論就是根據這一思想，考察各種頻率的正弦波光柵在通過光學系統后是發生了怎樣的變化。具體說，就是組成的各個頻率的正弦波在成像以前振幅和相位角如何，成像后其振幅與相位角發生了什么變化，加以對比，以比值MTF或PTF作為縱坐標，頻率v做橫坐標作圖，這就是光學傳遞函數。光學系統的脈沖（或傳遞）函數通常是復雜的，它是二維空間頻率的函數，而且不受因果關系的制約（麥偉麟，1978；宣家斌，1995；韓心志等，1994）。
物方的一個亮點通過傳感器成像后，在理想的情況下應該還是一個亮點。但是由于光的衍射作用和物鏡的像差，成像后并非亮點而成亮斑。這亮斑就成為點擴散像。
點擴散函數h（x，y）定義為光學系統對點光源的二維（二維δ函數-單位脈沖函數，韓心志等，1994）。系統的響應可直接寫成空間分布的卷積和點擴散函數（Mark Folkman，2001），還可以用這些量的頻率表示：
I（ωx，ωy）=H（ωx，ωy）L（ωx，ωy） （5-5-6）
I（ωx，ωy）為像空間頻譜，H（ωx，ωy）為光學系統的傳遞函數，L（ωx，ωy）為物譜空間頻率，ωx和ωy為x和y方向的弧度空間頻率。
可以將傳遞函數寫成點擴散函數的傅里葉變換形式：
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通常，光學傳遞函數是復數，可以將坐標變化變換極坐標：
H（ωx，ωy）=Re｛H｝+iIm｛H｝=｜ H ｜ eiφ （5-5-8）
式中，φ為arctan［Im｛H｝/Re｛H｝］，Re｛H｝為復數光學傳遞函數實部，Im｛H｝為復數光學傳遞函數虛部，｜H｜為光學傳遞函數絕對值。
也可以縮寫成：
H（ωx，ωy）=OTF
｜ H（ωx，ωy）｜=MTF
φ（ωx，ωy）=PTF （5-5-9）
在遙感影像中，常用輻射調制度M來評價影像質量：
調制度M=（Lmax-Lmin）/（Lmax+Lmin） （5-5-10）
而調制傳遞是像調制度與物調制度的比值：
MTF=［（Lmax-Lmin）/（Lmax+Lmin）］像/（Lmax-Lmin）/（Lmax+Lmin）物（5-5-11）
在可見光、近紅外和短波紅外上，巖礦景物由太陽光照明，因而調制度僅由反射率差異造成：
調制度M=（ρmax-ρmin）/（ρmax+ρmin） （5-5-12）
在這種情況下，調制度的最大值為1，最小值為0。
與其他度量相比，調制傳遞函數是分辨率性能更完整的表示。在光學掃描中，調制傳遞函數也受許多因素的制約，如掃描方向、航向、物象位置、焦面位置、波長等。在較小程度上，調制傳遞函數取決于掃描光學中間遮光板和雜光光闌的位置以及背景輻射。
5.5.2.3 傳感器的系統的MTF
遙感傳感器可視為由一系列具有一定頻率特性的子系統組成。各子系統的頻率特性可以用調制傳遞函數來描述。總系統的調制傳遞函數等于各子系統調制傳遞函數之積。調制傳遞函數不僅表示總系統再現景物圖像的能力，還表現了各子系統對這種能力貢獻的大小。
5.5.2.3.1 掃描器和探測器
遙感傳感器中的輻射能的轉換，在光機掃描情況下，分成兩個過程：①輻射的空間信息轉換為輻射的時間信息；②輻射的時間信息轉換為電的時間信息。前者由掃描器來實現，后者由探測器來實現。
在穿航跡方向，由于掃描運動，使“線”像經過探測器后，把掃描方向擴展為一個近似的矩形脈沖函數，其MTFds為
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式中，d是探測器在掃描方向的尺寸；v是空間頻率。（5-5-11）式稱為探測器的空間濾波調制傳遞函數。
沿航跡方向的掃描可以類似地處理。由于穿航跡掃描所得的頻譜分量的頻率較高，所以由這個方向掃描所導出的傳遞函數可以代替整個掃描的傳遞函數。
探測器把輻射的時間信息轉換為電的時間信息時，產生時間濾波傳遞函數：
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式中，v′是時間頻率，τ是探測器時間常數，v′o=1/2πτ是3分貝半功率點的特征頻率。探測器的傳遞函數是空間濾波和時間濾波傳遞函數之積
MTFd=MTFds·MTFds （5-5-15）
在（5-5-12）式中，τ的作用類似于一個簡單的RC濾波器，當τ＜0.1τd時，對系統的影響可以忽略，τd是探測器駐留時間。實際上，使用光量子探測器時，MTFds幾乎對系統沒有貢獻。
對于推帚式掃描傳感器，在CCD線列陣探測器線列方向（穿航跡方向），當信號在窄帶范圍，即v1/2α時，其MTF仍可用（5-5-11）式表示。其中α是列陣中相鄰探測器元的中心間距。
在推帚方向，如果忽略CCD的光生電荷轉移時間，則該方向上的MTF為
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其中第一項代表光敏元件對景物的積分平均作用。相同的第二項，代表像移的作用，反映了CCD對景物的平均抽樣成像過程。
5.5.2.3.2 光學系統
如果光學系統是衍射限的，并具有圓形通光孔徑，其調制傳遞函數為
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當光學系統具有矩形孔徑時
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式中，voc是截止空間頻率：
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其中Do是入瞳線尺寸，λ是波長。
在光學遙感使用的光譜范圍內，探測器空間截止頻率vdc比起光學系統的空間截止頻率vdc來往往是低頻。對于像差較大的光學系統，可以不考慮衍射的影響，調制傳遞函數可寫為
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式中，σo=0.51γ，γ是彌散圓半徑。設在此彌散圓內，聚集著相應點總能量的85%以上。如果空間頻率用探測器的截止頻率，則上式可改寫為
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對于衍射限系統，計算證明探測器尺寸與愛里圓直徑之比為1.3～2.9時，分辨率下降約15%～5%。這樣，愛里圓直徑以小于探測器尺寸一半左右為宜。
對于像差較大的系統，彌散圓直徑為探測器尺寸的1/3～1/5 時，分辨率下降約15%～5%。進一步減少彌散圓直徑，對分辨率下降改善不大。
5.5.2.3.3 電子學系統
在遙感系統的信號處理電路中，探測器前置放大器、視頻放大器和其他一些電路都有電子濾波器。只有濾波器會影響信號的頻率成分。所以信號處理電路的傳遞函數即濾波器的傳遞函數。前置放大器是最重要的部分，可等到效于一個RC低通濾波器。一般地把前置放大器的傳遞函數作為信號處理電路的傳遞函數，表達式與（4-5-12）同樣。
5.5.2.3.4 系統總調制傳遞函數
系統總調制傳遞函數：
MTF（v）=MTFο×MTFd×MTFE （5-5-22）
式中，MTFο、MTFd和MTFE分別是光學系統、探測器和信號處理電子學系統的調制傳遞函數。
計算時，空間頻率統一用探測器尺寸d規一化，時間頻率換算成空間頻率：
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5.5.2.3.5 MTF 的評價標準
借助于光學傳遞函數，可以對遙感傳感器進行空間定標。調制傳遞函數反映景物（或圖像）的光學對比度與空間頻率的關系，是系統對所觀察景物再現能力的度量。如果把調制傳遞函數推廣到光學傳遞函數，還可以描述因相位傳遞而形成的實際圖像與理想圖像偏離所造成的圖像模糊，甚至可以計算出探測器與景物間的相對振動，物點掃描的時間誤差等因素造成的圖像分辨率損失。
視遙感傳感器為由一系列具有一定頻率特性的子系統組分而成的總體，并設各子系統都滿足線性不變條件，輻射源都非相干光源，而且整個過程單值無噪聲等，采用頻譜分析法，可以分別研究各子系統，說明各子系統間的聯系，并預計和評價整個系統性能。例如，光電型遙感傳感器，特別是光機掃描遙感傳感器，探測器的空間濾波傳遞函數對系統MTF的貢獻最大，占了總系統MTF的絕大部分，而探測器時間濾波傳遞函數和信息處理電子學系統的傳遞函數對系統MTF的貢獻最小，只占百分之幾。
對遙感傳感器，MTF的評價標準是：在奈奎斯特頻率下，系統的調制傳遞函數大于等于0.5，即
MTF（v）Nyquist≥0.5
這可以作如下解釋，用公式：
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定義瞬時視場IFOV時，沒有考慮成像系統的像差和衍射，以及由于遙感器相對地面運動所產生的圖像模糊。已如上述，使用調制傳遞函數，可以把降低像質的這些因素和總系統聯系起來。在此基礎上，可以定義有效瞬時視場EIFOV。如圖5-5-1 所示，對于正弦輻亮度分布，EIFOV定義為一空間半波長，對于此半波長，輻亮度分布的調制度，由于系統MTF的作用而降低到最大值的1/2：
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式中，1/2v包括了光學、探測器和像移的調制傳遞函數作用，式中各符號的意義如圖5-5-3所示。
圖5-5-3 瞬時視場和有效瞬時視場
對于軌道遙感器，EIFOV基本上和IFOV一樣，這是因為總系統的響應由探測器的MTF支配。
計算EIFOV時，實際上常作三種假設，即：①光學系統的模糊圓或點擴散函數是圓對稱的，這是一種理想化的情況，但多數情況下能給出良好的近似；②在積分時間內，像的拖影為零，這也可能較好的近似；③濾波和放大器電子學電路不引入投影。在MSS 中，模糊圓直徑是探測器邊長的40%，瞬時視場從62m降低到65m。在TM中，成像光學系統地EIFOV的影響可忽略不計。
對于光譜分辨率，有著類似于以上空間分辨率的情況，定義正弦輻亮度分布的有效光譜分辨率為一光譜半波長；對此半波長，輻亮度分布的調制度已由于系統的MTF而降低一半。
有效空間分辨率和有效光譜分辨率都是以MTF=0.5為基礎條件確定的。相應于此MTF值的空間頻率和光譜頻率，在奈奎斯特抽樣定理，應該是奈奎斯特頻率，從而保證不失真地恢復空間和光譜信息。
總系統的MTF≥0.5是一個高指標。對于推帚式遙感器，難于達到。這時要求在沿航跡和垂直航跡兩個方向上，總系統的MTF=0.4。實際上，有時甚至不足0.3。