在LED成像检测中，欠采样导致的混迭会对检测造成影响，采用离焦模糊可以抑制这一现象，但会给后续的灯点定位与提取等工作带来困难。本文通过估计模糊图像的PSF，并采用非盲复原方法来消除LED成像检测中出现的离焦模糊。首先通过研究图像的退化模型，结合LED灯点图像的固有特点，确定了去模糊问题的数学模型与边界形式；其次对比几何光学与傅里叶光学的异同，选择了更符合实际的傅里叶光学方法来生成一族可能的PSF；再次采用一种离焦量判别方法，从这一族PSF中确定出最为准确的PSF；最后利用估计的PSF，采用全变分正则优化方法对模糊图像进行复原，并选用ADM算法作为优化式的求解算法。仿真与实验的结果表明，本文的方案在利用LED显示屏结构特性的基础上，可以较为准确地估计出光学系统的PSF，快速有效地消除LED成像检测中出现的离焦模糊现象，且具有一定的噪声容忍度。