实现运动模糊图像恢复的关键是获得准确的点扩散函数(point spread function,PSF)。针对PSF的模糊尺度和模糊方向这两个重要参数,提出了一种基于图像频谱全局均值标准差的估计方法。通过研究运动模糊图像的产生机理,分析了二次傅里叶变换的频谱特性,利用全局均值标准差法对频谱图进行阈值分割,结合中心点和端点的坐标距离来估计模糊尺度,运用Radon变换鉴别模糊方向,实现了PSF参数的确定。进行了标准图像阈值分割准确度的验证,利用仿真模糊图像估计算法进行了验证,并进行了实际复原实验。结果表明,该方法具有误差小、稳定性高和不受运动方向限制的特点,为图像恢复提供了一种准确、简便的参数估计方法。

疲劳驾驶预警系统对保障驾驶员的安全驾驶具有十分重要的作用。以驾驶员人眼图像信息处理为基础，建立了离散单位时间内非正常状态时间所占百分比疲劳判断模型，实现了对驾驶员疲劳状态的监控与预警。通过近红外光源对人眼主动照明，采用互补金属氧化物半导体摄像头实现对人眼图像信息的采集，基于Adaboost 算法实现人眼准确定位，利用Harris 强角点检测人眼中心区域，得到眼睛的视线状态信息，根据疲劳判断模型，设计可调的预警阈值，实现驾驶员疲劳状态的分级预警。实验结果表明：在一定条件下，系统判断响应时间为1.5 s，虚警率为4%，具有抗干扰性强和实时性好等特点。

星载光电成像系统可实现对空间目标的有效探测，而探测距离是评价系统性能的重要指标。以太阳辐射特性和深空背景特性为基础，分别建立了几何成像因素、探测器灵敏度、信噪比和成像分辨率影响下的系统作用距离的数学物理模型，推导了系统作用距离的表达式，对作用距离与曝光时间、探测器像元尺寸、有效通光口径等影响因素之间的关系进行了数值模拟研究。研究结果表明，对于有效尺寸为2 m×4 m、平均反射率为0.3 的平面目标，当光学系统口径为100 mm、焦距为500 mm、探测器像元尺寸为3.5 μm 时，系统对目标的最大作用距离为12 km，作用距离主要受成像分辨率的限制。研究结果可为星载光电成像系统的设计以及系统性能评估提供一定的基础。

针对星载光电成像系统的空间目标检测与识别技术，设计了一套数字信号处理器(DSP)结合现场可编程门阵列(FPGA)的图像处理系统，并提出了一种卫星目标检测与识别方法。在没有先验知识条件下，利用改进的图像差分法对具有星空背景的序列图像进行目标检测，再根据卫星与天然星体具有不同的边缘轮廓信息，通过最小距离分类器识别出卫星目标，获得卫星模板，从而可进行模板匹配以实现卫星的快速检测和识别。实验结果表明，提出的方法相对于传统方法，运算时间减少了15%~40%，满足星载光电成像系统对卫星目标检测与识别的准确性与实时性的要求，在工程实践中具有一定的应用价值。

为研究卫星目标姿态变化对星载光电成像系统探测能力的影响，对0.38~0.78 μm谱段内的可见光辐射目标进行了数值模拟研究。以基本辐射理论为基础，建立了卫星目标光学观测的可见光反射特性模型。根据目标的几何结构和材料特性，分析了姿态变化与目标有效入射截面积的关系，推导了探测能力与信噪比(SNR)的计算公式，数值模拟研究了姿态变化对探测能力的影响。研究结果表明，信噪比与探测距离均表现出很强的方向性，呈周期性变化，2.2 m×2.7 m的太阳帆板的信噪比与探测距离最大差值达到101及105 km量级，高12 m、直径4 m的卫星本体的最大差值达到102及106 km量级，目标姿态变化对探测能力具有显著影响。

星载光电成像系统对空间点目标成像进行探测、识别时，由于受到系统衍射、像差及系统与目标相对运动等因素的影响，点目标成像会产生弥散与拖尾现象。以空间目标可见光反射特性和系统点扩散理论为基础，建立了目标成像弥散的数学物理模型，对系统的衍射、像差造成点目标成像弥散进行了理论分析与数值模拟研究；分析了系统与目标的相对运动关系，推导了单帧积分时间内目标在像平面上拖尾长度的表达式，定量研究了轨道高度、观测角等对拖尾长度的影响。结果表明，像差使目标成像的弥散程度增大，像斑中心强度下降；在成像系统参数及其轨道高度一定的条件下，目标的拖尾长度随着目标轨道高度的降低、观测角的增大而增大。

以目标成像点的扩散理论为基础，建立小目标在空域上的灰度特性模型，分析目标、背景和噪声的基本特性。由形态学开闭运算得到各像素位置的灰度变化值，再根据此值确定潜在目标区域。研究了各潜在目标区域的多方向多级梯度特征，实现了单帧图像的小目标检测。研究结果表明，该方法能够有效抑制不均匀背景杂波，增强目标信号，提高单帧亮暗点目标的检测能力。对于信噪比为0.89的图像，可获得34.74的信噪比增益。

星载光电成像系统可实现远距离空间目标的探测与识别，而探测距离是系统的主要性能参数。以空间目标反射太阳光为基础，建立了系统极限探测距离的数学物理模型，分析了影响探测距离的因素，对极限探测距离与太阳光入射方向、光学系统的有效通光口径、探测器的信噪比阈值以及曝光时间的定量关系进行了数值模拟研究。研究结果表明：增大光学系统的有效通光口径可实现系统探测能力的显著提升；当信噪比阈值和太阳光入射角同时变化时，降低信噪比阈值可有效提高系统的探测能力，并且此时太阳光入射角的变化对系统极限探测距离的影响较小。