针对基于显微镜的自动对焦系统，本文提出了一种爬山搜索法和函数逼近法相结合的混合搜索算法。该算法中的爬山搜索法采用粗精结合的两段式算法。在粗略对焦时，大步距选用速度较快的灰度方差函数；当精细对焦时，小步距采用灵敏度较高的Laplacian函数；通过比较三幅图片来缩小对焦区间并且在该区间内采用函数逼近法来拟合出最佳对焦位置。该方法不仅大大减少了自动对焦所需要的图片数量，而且可以大幅度提高搜索精度。经实验验证，提出的新的搜索算法可以使搜索精度优于1 μm。

针对自动对焦系统，提出了一种基于单帧图像无参考结构清晰度的自适应变步长爬山搜索策略。该方法利用了无参考结构清晰度可提供的离焦量先验信息：当离焦量大时，大步距粗调快速逼近准焦位置；当离焦量小时，小步距微调准确定位准焦位置。该方法在不降低调焦精度的情况下，大大减少了自动对焦所需的图像数量和决策次数。实际系统实验结果表明，新方法使自动对焦速度提高了50%以上。

针对当前航空成像设备中自动调焦装置结构复杂、不利于集成的问题, 对基于图像处理的自动调焦方法在航空成像设备中的应用进行了研究。根据自然图像斜边缘多于水平和垂直边缘的特点, 提出了基于图像斜边缘检测的对焦评价算子(Lean算子)。通过对多种对焦评价算子进行试验比较, 分别选取斜边缘检测算子和卷积算子作为调焦粗搜索和精搜索阶段的对焦评价算子。针对航空成像设备光学系统的特点, 提出了局部全局搜索算法(LFS)和变步长的爬山搜索算法(CHS), 使用调焦行程为130步, 焦深为2步的变焦镜头, 分别将调焦时间由全局搜索算法的43 s缩短至7 s和5～8 s。实验结果表明：将所提出的对焦评价算子和搜索算法结合使用, 能够准确实现自动聚焦, 准确度达到95%以上。

从噪声、亮度一致性及视场变化等角度分析了在对焦系统中进行图像预处理的必要性.提出维纳滤波与亮度归一化相结合的图像预处理技术,去除固定模式噪声和亮度变化的影响.实验表明,经过预处理后明显改善了对焦评价函数曲线的形状:曲线更加平滑,局部峰值得以去除,同时曲线灵敏度提高78%.所提出的预处理技术使对焦搜索避免陷入局部极值,在提高对焦速度与对焦精度两方面均有应用价值.