直线变倍成像系统以其远距离成像清晰、拍摄稳定等优点,被广泛应用于航空、军事工业、光电侦察等领域。利用步进电机驱动实现系统变焦,可以有效避免采取传统凸轮机构驱动镜头所引起的机械振荡严重、易磨损、体积大、效率低等问题。合理的控制算法,可以使成像系统中变倍组和补偿组镜头按特定规律精确移动,保证像面的稳定性,获得满意的成像结果,同时输出的焦距准确,充分满足靶场光学测量设备进行精确测量的需求。本文介绍了课题的研究背景、归纳总结课题的国内外发展现状。详细阐述了直线变倍镜头的基本原理与补偿方式、自动聚焦技术原理与聚焦评价函数、步进电机的工作原理及其控制技术等。基于XXX光电侦察无人机的项目背景和直线变倍成像系统的具体组成,按照课题要求选择直线变倍镜头和步进电机等元件,研究了成像传感模块、图像处理模块、变焦驱动模块等重要子系统,并合理选择相关设备、器件搭建硬件平台。通过研究自动聚焦技术中常用的聚焦评价函数及其各自特点,采用标准图像进行数字图像处理的方法,构造了适用于本课题变焦系统的聚焦评价函数。为了满足系统实时性和稳定性的要求,基于扫描反馈搜索算法开展了直线变倍镜头的标定实验并处理实验数据,通过多项式曲线拟合得到变焦控制方程。研究了系统的变焦算法。然后,从变焦精度、光学性能和外场拍摄性能三个方面,结合聚焦评价函数对镜头的主要性能进行测试,实现了预期的设想。最后,认真总结了本课题的研究过程和取得的成果,并设想下一步的研究方向。