轻型双波段航空相机工作时所处的环境条件比较复杂，由于环境的变化，航空相机的焦平面会发生不同程度的偏移，为了保证其成像质量，需要对变化的焦平面加以校正，因此设计了一套调焦机构。该调焦机构选用的是蜗轮蜗杆副以及调焦偏心凸轮的传动方式，调焦偏心凸轮转动带动调焦镜组沿光轴方向平动，从而解决了航空相机的离焦问题。该调焦机构优化后的外形尺寸为96 mm×65 mm×62 mm。对该调焦机构在其有效的工作区间内进行了精度分析，并且对其进行了传动精度实验和晃动精度实验。实验结果表明该调焦机构的传动精度为3.5 μm，最大晃动误差在±3″以内，满足结构空间尺寸和调焦精度的设计要求。

应用图像法对长焦距高分辨率航空相机实时检调焦过程中，由于外界环境因素的影响使得系统产生像移，调焦精度降低。当前对于由相对运动引起的像移和调焦精度两者的之间关系没有通用性的理论和确切的研究。从理论上分析了高分辨率航空图像线性像移和抖动像移的模型，给出了像移模型对评价函数的影响，得到像移与调焦曲线极大值呈负相关的关系。图像的像移量越大，调焦函数曲线的最大值下降越显著。利用二次函数拟合的方法获得离散评价函数点的拟合曲线，曲线最高点即对应调焦的最优对焦位置。搭建了动基座检调焦实验平台，实验结果表明当平台引起的图像像移量由1 pixel 增加至5 pixel 时，评价函数曲线的最大值由95.95%下降到87.64%。应用拟合曲线的方法得到的最佳对焦位置在系统半焦深范围之内，满足高分辨率航空相机调焦精度的要求，同时证明了像移理论分析的正确性。

图像法进行航空相机调焦过程中，图像噪声的影响会使得调焦精度降低.然而对于图像信噪比和调焦精度两者之间关系的研究主要是基于实验结果和主观判断，没有通用性的理论和确切的结论。从理论上分析并给出两者之间确切的关系表达式，并通过实验验证了调焦精度和图像信噪比之间呈正相关的关系，图像的信噪比越高，调焦精度越高。以评价函数的方差值作为衡量调焦精度的标准，理论上计算了图像的信噪比对评价函数的期望和方差的影响，提出信噪比越高的图像中噪声越少，评价函数的方差值越小，调焦越准确。设计实验记录不同信噪比下，应用同样的调焦方法，得到的图像评价函数方差的变化规律，实验结果显示当图像的信噪比由27 dB升高到39 dB时，评价函数方差由0.262降低为0.0611，相当于调焦精度提高了约30%，证明了理论分析的正确性。

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦, 从而影响遥感成像质量。本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿。首先, 分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点, 确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理。然后, 介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器, 推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系, 分析了调焦系统所能达到的调焦精度。最后, 通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线。对闭环控制方式测试数据的计算分析显示, 闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11 μm, 满足相机调焦控制精度±10 μm的要求。

针对测绘相机对相机成像质量和内方位元素稳定性的要求, 在分析3种调焦方式特点的基础上, 确定了符合离轴三反测绘相机需要的调焦方式。设计了滚珠丝杠驱动的直线导轨式调焦机构, 计算得到调焦机构的灵敏度为02 μm。对该调焦机构进行了精度检测和试验验证, 结果显示其指向精度＜2″,定位精度＜3 μm。得到的结果表明: 该空间调焦机构具有结构紧凑、刚度高、位移精度好等特点,能够满足离轴三反测绘相机的调焦要求。

根据航空摄影侦察高机动性的特点和调焦精度要求，提出了数据采集与计算的自动调焦方法。分析了航空摄影时大气压力、温度和摄影斜距的变化对航空相机离焦的影响，给出了计算相机离焦量的简易数学方程，介绍了新型航空相机自动调焦系统的设计原理和基本组成，完成了系统的硬件电路和软件流程设计。光学测试和实际应用证明：这种控制技术不仅实用可靠，而且调焦速度快、精度高，满足了航空摄影侦察的要求。

三线阵CCD 立体测绘相机既要保证清晰成像,还要保证内方位元素测定精度要求。简要分析了立体测绘对调焦系统精度的要求,给出了导轨副调焦方案和凸轮驱动调焦方案,并设计了凸轮调焦机构以及控制单元。该系统结构紧凑,稳定可靠。通过实验表明,该调焦系统到位重复性精度小于±11 μm,调焦运动引起的线阵CCD旋转误差小于5″,直线性误差小于8″,并且满足空间环境条件下立体测绘的使用要求。

提出了一种用于解决某画幅相机离焦的调焦机构.通过几种调焦方案的对比,选择了一种适合于某型相机的调焦方案.采用调焦凸轮和直线导轨配合使用的方案,将凸轮的旋转运动转化成调焦镜的直线运动,实现了通过调整反射镜的位置来调整相机焦面和成像介质的相对位置,解决离焦问题.通过试验验证调焦镜在动态条件下的调焦精度,满足使用要求.