光电经纬仪作为一种大型光电测量设备,能够自动捕获、跟踪远距离运动目标,获取目标的实况图像、飞行姿态、运行轨迹以及辐射特性,具有广泛的科研和国防用途。而实时精确的调焦技术是保证经纬仪清晰成像与准确测量的关键。目前,经纬仪多采用基于距离和温度的自动调焦系统,需要使用外部设备主动测距,再根据调焦曲线进行调焦。近年来,被动式检焦调焦技术逐渐成为了本研究领域的主要方向,其中图像处理是该领域热点之一。这类方法具有成本低、精度高、不需外部设备等优点,但调焦速度慢一直是其有待解决的问题,不能满足对动态目标实时调焦的需要。另一类被动调焦技术是基于光学原理,需要单独设计检焦机构,目前尚未见到这类方法在经纬仪中的应用。本文针对上述背景,就如何实现光电经纬仪快速高精度的被动调焦,进行了以下几个方面的研究工作:一、建立光学系统离焦模型,分析了造成系统离焦原因,研究了现有的几种光学检焦原理,并在此基础上设计了适用于经纬仪的双光楔的相位检焦系统。和传统分离透镜式相位检焦相比,本系统具有灵敏度高、结构简单、加工装调方便的特点。这种方法直接迅速,能够满足经纬仪的快速调焦的需要。二、对基于图像处理的自动调焦技术进行了深入研究。通过实验分析比较了对现有的多种图像清晰度评价函数,选用一种通用的空间域评价函数SML作为经纬仪的自动调焦评价函数。该函数运算时效性好、灵敏度高,结合基于曲线拟合的搜索策略可以在少量采样的条件下找到最佳焦点位置,适用于经纬仪的高精度调焦。三、提出了相位-图像的混合式调焦方法,来解决被动调焦系统速度和精度难以并存的问题。通过相位检焦机构给出了初始调焦量,再利用图像调焦技术,在快速焦点位置附近采集图像、分析搜索,选用清晰度最高的图像作为最终结果,提高调焦精度。四、参考经纬仪光学系统,设计了f=1000mm,F/5球面卡塞格林结构的调焦样机,搭建了实验平台:采用平行光管模拟500m~无穷远距离的目标,使用上位机采集、处理图像,驱动步进电机完成了自动调焦。实验结果表明:样机都可以在4步内完成调焦,且结果精度优于系统一倍焦深,调焦效率较现有图像调焦系统有显著提高。本文对各类自动调焦方法的工作原理和实现方法进行了深入的研究,研究结果证明了光电经纬仪被动调焦方案的可行性,并为今后光电经纬仪调焦系统设计提供了参考。