本文以中国地质科学院地质研究所自主研发“同位素地质学专用TOF-SIMS科学仪器”为例，介绍了适用于TOF-SIMS的样品图像系统，同时其也可应用于其他相关大型质谱仪器。在对样品图像进行观察时，需要对系统采集回的样品图像进行自动的清晰度聚焦，本文提出了一种分段式聚焦策略，针对图像不同聚焦位置运用不同的聚焦算法和调焦控制策略。采用灰度差分绝对值算法与改进的拉普拉斯评价函数相结合，提高了系统的响应速度，增强了自动聚焦系统的抗干扰性，以及准确率。同时，采用图像分割法，捕捉图像中的目标部分，减少聚焦评价函数的运算量；利用分段调焦控制策略，在聚焦过程的近峰区和远峰区分别采用不同的调焦策略和步长进行焦距的调节，进一步降低了噪声对聚焦系统的影响，提高了系统的工作效率。为本聚焦评价函数与传统聚焦评价函数的单峰性对比图。在仪器正常运行的过程中，为了提高系统的执行效率，本文提出一种基于机器视觉的样品台误差自校正系统，并利用一种改进的SIFT图像配准算法，实现了样品图像的自动匹配和测试点的自动化寻找，提高了系统的运行效率。以TOF-SIMS为例，设计了一种应用于TOF-SIMS的样品图像系统，该系统可以快速实时的完成样品图像的采集、处理等过程，并实现了样品的自动化寻点测试操作，减轻了实验员的操作负担，提高了系统的运行效率。