随着科学技术的飞速发展，数字成像系统中的精确自动聚焦及其测量问题受到人们的普遍关注，自动聚焦及其测量技术的应用显得越来越重要，这对进一步提高测量精度，测量速度及自动化程度，减轻操作人员的劳动强度具有重要的现实意义。本论文根据目前国内外现状和发展水平，针对自动聚焦和端面跳动测量的关键点和难点，在普通光学仪器的基础上提出了一种基于CCD图像处理技术的图像式自动聚焦及其测量系统，该系统具有速度快、精度高、动态范围大、体积小等优点，实现了快速、精确、大范围的自动聚焦和对工件端面跳动进行非接触、在线测量的要求。聚焦范围可达几十上百毫米，聚焦时间为5秒钟，重复精度为7μm。在自动聚焦过程中，本论文采用了图像的灰度差分的平方和作为焦距评价函数，解决了自动聚焦过程中是否正确聚焦的判断问题；提出了一种行之有效的基于阈值和曲线拟合的自动聚焦搜索方式，使聚焦速度和精度都得到了很大的提高。对由于光照不均以及安装等存在的系统线性误差，采用最小二乘法线性拟合加以消除；对由于图像采集、传输、量化过程中产生的热电子噪声，利用了邻域平均和加权中值滤波方法来有效地减小。减小系统误差，是进一步提高自动聚焦测量系统的灵敏度和可靠性的保证。该系统在工件端面跳动测量过程中，采用了基于可分性的最大类间方差法和形态学边缘提取以及基于边界分割的Marr算法，使图像分割和边缘提取的准确性得到了很大的提高；用压缩矩形的最小二乘法拟合工件端面图像的边缘以及用DFT变换对工件端面的跳动量进行测量，使端面跳动测量的准确性得到了很大的提高。