航空相机作为航空遥感领域的主要载荷之一,其具有分辨率高、实时性强等特性,被广泛应用于资源勘探、地形测绘、城市建设等领域。航空环境复杂多变,相机在成像过程中受环境温度、压力和成像距离变化等因素的影响,探测器感光面偏离像方焦面位置,造成成像清晰度下降。随着现代成像技术的发展,航空相机的焦距逐渐变长,探测器像元尺寸逐渐减小,相机对环境的变化也越来越敏感。因此,研究航空环境变化对相机成像质量的影响,提出高精度快速的自动检焦方法是航空遥感领域的一个重要研究课题。本文分析讨论了航空相机自动检焦技术的理论基础和发展现状,系统研究了不同检焦评价函数,及靶标形状、尺寸参数对检焦精度的影响。为了提高自动检焦系统的精度和快速性,提出一种改进的平方梯度函数算子,并通过优化得到圆心角θ=5的辐射状靶标。最后通过自动检焦实验,验证了本文检焦方法的有效性。本文主要研究内容总结如下:首先介绍了航空相机自动检焦技术的研究背景和意义,归纳了自动检焦方法的研究现状。从几何与波动光学两方面研究了航空相机的离焦原理,分析了航空相机的离焦因素。总结了程序控制、光电自准直、图像处理三种检焦方法的性能特点,并提出了一种基于图像处理的自准直检焦方法。介绍了此种检焦方法的检焦原理,以自准直原理为基础,利用图像检焦算法,计算自准直靶标的特征值。其次介绍了评价函数算子的检焦特点,对空域类、频域类、信息学、统计学等四类清晰度评价函数算子进行仿真分析,对比不同评价函数算子的计算时间、陡峭性、无偏性等。改进了基于空间域的Sq-Grad检焦算子,并作为本文检焦系统的检焦算法。然后研究了对光学系统离焦敏感的空间频率,优化了辐射状和光栅靶标的尺寸参数,使用清晰度评价函数计算靶标模糊序列图的评价曲线,经对比分析确定圆心角θ=5的辐射状靶标为此检焦系统的靶标。最后,搭建了自动检焦和对外成像实验平台,利用对外成像实现验证了改进的Sq-Grad检焦算法具有较高的检焦精度;利用自动检焦实验,验证了基于图像处理的自准直检焦方法比传统光电自准直的检焦精度高26%,检焦时间少32%,且满足工程需要。