针对爬山算法在自动聚焦中出现的诸如准确率差、速度慢等问题，提出了一种结合自适应步长和两步搜索法的分区搜索算法。方法根据聚焦评价函数值大小和曲线线形将聚焦评价曲线分为平缓和陡峭两个区域，平缓区域使用自适应步长进行搜索，提高自动聚焦搜索速度；陡峭区域使用两步搜索法，避免假峰值干扰所导致的聚焦错误，提高自动聚焦准确率。实验结果表明，分区搜索算法相较于爬山算法聚焦速度提升了11.25%，且具有更好的准确性和抗干扰能力。

自动聚焦技术在红外热像仪监控领域有着非常重要的作用。目前业内红外自动聚焦技术存在聚焦成功率低、架构复杂、聚焦速度慢等状况，为此提出了一种基于 FPGA的红外镜头自动聚焦技术，采用单 FPGA实现了红外图像处理显示和自动聚焦的功能。鉴于红外图像普遍存在竖条纹噪声和随机噪声等特点，本文在实现聚焦过程中对红外清晰度评价算法和爬山算法做了改进和优化。实验结果表明本文提出的算法和实现方式能够很好地实现红外镜头的自动聚焦，同时具备集成度高、聚焦速度快、成功率高等特点，有比较广泛的应用前景。

为提高微小零件亚像素级定位效果，采用改进爬山算法。将目标区域向外扩展获得调焦窗口跟踪漂移图像，边界由像距和视角决定；然后优化爬山搜索算法得到最优收敛解，二维图像信息熵构成调焦图像评价函数；改进Zernike矩算法，通过高阶矩的模代替边缘参数，减少了计算量，卷积窗口矩阵构成Zernike矩的差值，提高定位精确度；最后给出了算法流程。实验结果显示，改进Zernike矩偶模板比奇模板边缘亚像素定位误差小，相比空间矩算法、多项式拟合算法、Zernike矩算法、区域生长算法和模板匹配算法，对规则形状定位误差均值分别减少了43.24%,21.62%, 32.43%,27.03%和56.76%；对不规则形状定位误差均值分别减少了39.02%,20.15%,26.83%,24.39%和51.22%。本文算法定位精确度较高。

电力悬空光缆中光子偏振态易受外界快速无规则扰动影响,导致偏振编码量子密钥分发(QKD)系统成码率降低甚至无法成码,为对抗链路中偏振态的快速变化,设计了高速偏振反馈系统(FPF),介绍了该系统的工作原理。重点研究了系统中关键的偏振反馈算法,包括对偏振收敛程度评价函数及搜索算法的选取,偏振反馈周期与成码周期的监测条件的选取,以及监测阈值的自适应选取。整个系统在实际悬空光纤上进行了实测,测试结果表明该系统和算法能够解决中远距离悬空光缆中QKD成码难的问题。

在三维微光机电系统转镜阵列光开关的研究中, 为了提高定标的效率和精度, 开发了全通道自动定标系统。经过定标测试和对搜索算法的分析, 提出了基于遗传算法的粗搜索与基于爬山算法的精搜索相结合的搜索方式; 以一系列实验为基础, 提出了全通道搜索方案; 最后, 在全通道搜索方案的测试中, 总结了最优电压与通道行列数对应的变化规律。实验结果表明, 该方案具有较高的可行性和搜索效率。

传统的自动对焦梯度函数评价算法在对细胞显微图像进行对焦时, 由于对焦精度不佳, 图像受噪声的影响较大。针对此问题, 通过对不同对焦评价函数性能进行对比, 提出了一种基于Sobel梯度函数改进的自动对焦评价算法--Sobel4direction_Brenner梯度函数算法。对对焦评价技术设计指标和算法的通用性进行了验证, 结果表明: 在调焦时该算法较传统对焦梯度函数能更好的抑制噪声, 并且使电机在爬山算法的搜索对焦中具有更小的对焦搜索区间范围, 获得的细胞显微图像的清晰度评价值也更高。

根据航空相机调焦准确度要求及CCD相机成像特点，提出了一种基于图像处理技术的航空相机自动调焦系统.该系统基于自制分辨率靶标，图像清晰度函数及优化的爬山算法，利用自准直离焦补偿法实现由温度、大气压力引起航空相机离焦量的校正；通过引入飞机高度数据进行离焦量计算，并通过自准直调焦技术实现离焦校正.对本系统进行了自动调焦测试实验，结果表明，该系统对相机的离焦校正误差小于相机的1/2焦深,能够满足航空相机快速、高准确度调焦要求.

针对传统爬山搜索算法受调焦评价函数局部极值的干扰而不能准确聚焦的问题，提出一种基于调制传递函数辅助正焦判断的自动调焦搜索算法.该算法对爬山法进行改进，在选择图像清晰度评价函数基础上，同时考虑图像的调制传递函数值，综合判断搜索方向; 采用改进的刃边法，在自动完成刃边区域选择的基础上，可精确计算图像的调制传递函数值，并给出了改进算法的原理和实现. 为了衡量改进算法的性能，验证调焦系统成像效果，分别考虑搜索算法对不同调焦初始位置以及环境变化影响，在经纬仪自动调焦系统平台上展开算法的调焦实验分析.实验结果表明改进的自动调焦搜索算法能有效地排除局部极值干扰，使系统准确、可靠的调焦.

从光学系统出发介绍了基于图像处理的离焦图像成像原理,分析了传统基于灰度梯度的自动调焦算法的缺陷——灰度梯度考虑不全面并且易受噪音影响.针对传统算法不足，提出了基于图像灰度梯度最大值累加的自动调焦算法.该算法通过计算中心像素的八邻域灰度梯度，以自动聚焦区域内各像素最大灰度梯度与最大灰度与最小梯度差值乘积之和作为新的评价函数，分析了该算法可以抑制噪音影响的原理；介绍了焦点搜索自适应变步长爬山算法原理和实现过程；最后进行算法性能实验验证.首先，利用不同算法对序列图像和加入高斯噪音的图像进行清晰度评价，结果证明该算法对含噪图像的清晰度评价准确，与传统算法相比该算法在抑制噪音方面具有优越性；其次，用不同聚焦算法进行序列图像自动调焦实验，结果显示传统算法会出现错误聚焦的情况，而该算法聚焦准确迅速，相比于传统算法具有明显优势.

提出基于图像处理技术的航空相机镜头焦面定位的方法，利用光电自准直原理进行焦面定位，并选用两种图像清晰度评价函数实时提取图像清晰度特征，采用优化的爬山算法进行快速检焦。仿真实验结果表明：利用本系统对焦距为750 mm,F数为6.3，CCD像元尺寸为6.8 μm×6.8 μm，成像光谱为500 nm~800 nm的航空相机进行焦面定位精度测定，得到相机的半焦深为0.040 mm，可用于航空CCD相机的焦面检定及航空CCD相机的自动调焦系统。