自动调焦技术在光学成像系统中具有广泛的应用,调焦系统的性能决定着成像系统能否获取清晰的图像。对于空间相机而言,传统的调焦方法具有各种局限性,而基于图像处理的自动调焦技术由于原理简单,调焦速度快,调焦准确性高,适用范围广,集成效率高的特点正在受到广泛关注和研究。通过分析空间相机对运动目标成像的特点可以发现,不同于普通数码相机,其观测目标距离较远,成像目标在视场中较小,离焦图像模糊量较大,并且由于观测目标和观测平台之间存在相对运动,目标像点存在像移。因此本文为了解决这些问题对自动调焦系统的影响,对以下内容进行了研究。(1)分析了空间相机的成像特点,空间相机在成像过程中具有以下问题:观测距离远,有效像素少,光照反差会导致阴阳面产生,低照度情况下会引入各种噪声,并且运动目标会产生运动模糊。因此需要对图像进行适当预处理,并分析运动像移对调焦的影响。(2)研究了图像清晰度评价算法。调焦评价函数选取是自动调焦技术的关键,其目的是区分离焦图像和聚焦图像,判别图像的离焦与否,进而找到图像清晰度最大的图像所在的位置,完成自动调焦操作。本文提出了一种覆盖范围可变化的改进的Brenner函数。该函数采用简单的Brenner函数作为计算模板,使用像素块代替单个像素点进行梯度计算,这种方法可以有效的解决由于离焦模糊量较大造成的调焦区间较小的问题,并且由于是对像素块的操作,可以有效的消除孤立噪声点的影响。通过实验证明,本文所提算法有效地提升了抗噪性,对离焦模糊量过大的区域调焦灵敏度显著增大,有效地提升了调焦搜索区域。(3)对调焦窗口构建算法进行了研究。为了快速准确的选取观测目标所在的区域,本文采用基于最小障碍距离变换的显著性区域提取算法对图像进行显著性区域提取,并构建自适应目标变化的矩形调焦窗口。通过仿真实验可以发现,本文所提方法构建的调焦窗口可以有效地降低系统的运算量,剔除背景噪声的影响,提升调焦系统的准确性和实时性。(4)研究了调焦搜索算法。本文介绍分析了传统调焦搜索算法的特点,及其在实际应用中的不足,提出了一种改进的爬山搜索算法。这种算法先大步长粗调焦,然后小步长精调焦可以有效地提升搜索速度和精度,降低局部极值的影响。