随着靶场需求的不断提高,光电经纬仪所捕获跟踪目标的速度越来越快,目标相对于经纬仪的位置以及背景光照变化也越来越剧烈,对光电经纬仪的调光调焦精度和时间要求也越来越高。为了捕获与跟踪高速运动目标,获取瞬间变化现象的细节,现代光电经纬仪多采用高速相机作为图像采集设备。为了获得高清晰度图像,必须解决高速相机自动快速调光调焦问题,以适应高速目标捕获跟踪的需求。因此,快速自动的调光调焦方法研究成为当前研究的焦点和热点。目前市面提供的高速相机鲜有具备自动调光调焦功能,而传统光电经纬仪的自动调光调焦方法精度较低,速度慢,不能适应对高速运动目标捕获跟踪需求。本文针对这一问题,面对高速相机的特点,提出了基于快速图像处理的、适用于高速相机的自动快速调光调焦方法,对调光调焦原理进行了深入研究,研究内容及创新性工作主要如下:第一,本文建立了相机与光照强度的数学模型,通过分析相机的过曝光及欠曝光产生的原理及光电经纬仪用高速相机在工作时需要应对的光照环境,提出了一种基于图像直方图特征函数(Histogram Feature,HF)的图像亮度评价方法。与传统调光评价方法相比,该方法在含有光强大幅度变化的顺光、逆光两种光照条件下对图像评判均有较好的效果,且通过提取兴趣区域信息降低计算量后,该函数克服传统图像质量评价函数计算时间普遍较长的问题,计算时间小于0.2ms,为了进一步提高函数计算的实时性,对该函数的硬件加速性能进行了研究,实验表明基于GPU的硬件加速方法在图像分辨率较高时加速效果明显;第二,针对传统搜索方法进行了分析对比,并通过运用图像直方图特征函数,提出了一种曝光粗调与精调相结合的自动调光方法,并通过静态实验验证了方法相较于传统方法,在应对110ms时间内光照变化范围约为30倍时的场景时,其捕获图像序列的信息熵均值可以提高约2.648,方差比传统方法下降1.125。第三,通过运用光学系统的成像数学模型,对离焦深度法中点扩散函数及其调焦方法与对焦深度法中常用的图像质量评价函数进行了分析。提出了一种用于自动调焦的基于图像直方图特征函数的图像评价函数。实验证明,该函数可以克服传统自动调光调焦评价函数需要分开计算重复占用系统资源,以及计算速度较慢的缺点;并且该函数的精度以及调焦搜索范围在各类函数中均处于适中的水平,可以满足高速相机自动调焦的需求。第四,通过图像直方图特征函数进行分析,提出了一种自动调焦方法,实验证明,与传统搜索方法相比,快速方法在保证调焦精度的同时,可以有效减少电机的往返运动次数,对于距离准焦位置70步外的目标,调焦电机可以在9次移动内完成调焦并且调焦电机仅需改变方向一次;第五,为了验证光电经纬仪在实际工作中需要应对的情况,针对本文提出的自动调光及自动调焦方法,为了模拟光电经纬仪在实际工作中需要应对的情况,给出了将调光、调焦联合在一起的方法流程,并设计了验证实验,实验证明在调光调焦联合实验中与应用传统搜索自动调焦方法的实验相比,应用快速自动调焦方法的调光调焦联合实验也能找到正确的准焦位置,并且仅耗时不到0.9s,为实际工程应用提供借鉴方案。最后,对全文所做的工作进行了总结,提出了今后需要继续研究的问题和研究方向。