十字丝目标在CCD上的成像，一般受到环境光和光路的影响，不同位置的焦距产生的十字丝图像会存在边缘模糊和离焦的情况，使十字目标的中心点位置提取受到严重影响，传统的Sobel算法忽视边缘信息，并且容易受噪声影响，因此提出改进Sobel算子图像清晰度评价函数与粗细调焦结合的变步长两段式快速搜索自动调焦的方法。该方法首先利用图像的空间域评价图像清晰度，其次利用根据光学设计选用的两段式调焦方式。第一步进行粗调，先快速找到正焦位置附近，然后进行细调，直至找到正焦的位置。实验表明，该方法与其他算法相比，自动调焦失败率为2%，调焦时间为1242 ms，调焦行程在−25~+30 mm之间。通过该算法将图像清晰度评价函数与两段式调焦方式结合进行自动调焦，准确性高，实时性好。

研究表明，当温度产生一定变化时，会导致大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST）光谱仪的内部器件产生热诱导变形，引起CCD靶面上的图像离焦模糊，降低了天文数据测量精度，也大大增加了16台光谱仪的日常维护难度。基于LAMOST运行前拍摄的定标灯谱数据，提出了一种基于多目标图像清晰度评价的离焦诊断方法。该方法通过对不同离焦量下的定标灯谱图像进行分析，提取了一定数量的光斑的半高全宽（FWHM）及其总体分布情况，建立多目标图像清晰度与系统离焦量之间的离焦函数模型，实现对LAMOST成像像质的离焦诊断，为后续智能化主动补偿技术的实现提供了技术支撑。介绍了LAMOST光谱仪的工作原理及结构，给出了光谱仪对调焦精度的需求；详细介绍了光斑FWHM值的测量原理与多目标图像清晰度评价函数的构建方法。与传统图像清晰度评价函数的对比结果显示，文中方法具有更高的清晰度对比率与精度，对定标灯谱图像的离焦诊断误差在10 μm以内，有效降低了人为局部诊断带来的误差，提高了16台光谱仪系统一致性，有望提高LAMOST日常运行效率与光谱仪的长期稳定性。

图像清晰度评价函数是聚焦恢复深度法（Depth from Focus, DFF）实现三维形貌测量的核心，直接决定了深度方向的测量精度。文中提出了一种基于高频方差熵的图像清晰度评价函数，与常用函数对比了清晰度比率、灵敏度因子两个定量指标，结果表明所提函数优于常用函数。通过对所提函数获得的清晰度评价曲线进行高斯曲线拟合，实现了深度方向聚焦位置的精确计算。对文中方法开展了聚焦重复性与标准台阶高度测量测试，重复性聚焦实验的测量标准差为2.82 μm，台阶高度测量标准差为12 μm，验证了文中方法用于高精度非接触三维测量的可行性。