在对地遥感成像系统中,载体的颤振运动,会导致成像设备与观测目标发生偏移,长曝光时间内成像系统获取的图像发生像素错位,引起运动模糊。为了提高成像质量,需要对成像系统进行稳定成像,而稳定成像的关键技术在于实时高精度地获取载体的运动轨迹。高速而精确地获取成像过程中的遥感器矢量,已经成为高分辨率对地遥感成像的关键。通常的获取运动矢量方法速度较慢,无法满足实时准确地获取图像运动轨迹的需求,因此本文提出了基于联合变换光学相关器的图像位移矢量探测技术。由于其是基于傅里叶透镜完成运算的,在现有的电光转换设备下,能达到每秒上千帧的处理速度,并且精确地探测出图像间的位移矢量。阐述了利用联合变换光学相关器进行图像位移矢量探测的原理,对比了基于振幅型空间光调制器与基于相位型空间光调制器的原理,给出了亚像素精度探测算法。仿真实验结果表明,探测误差能够控制在0.1个像素内。提出了基于联合分数傅里叶变换光学相关器的位移矢量探测技术,使得光学结构从固定的4f系统中解放出来,光学结构更加多样化。为了提高空间光调制器的使用效率及提高探测精度,提出了双相位编码联合变换相关器位移矢量探测方法,在输出面只得到一个互相关峰,去除了直流项的干扰,空间光调制器的空间使用率提高了至少一倍。将双相位编码联合变换光学相关器与分数傅里叶变换相结合,得到双相位编码联合分数傅里叶变换光学相关器,用于图像位移矢量探测,结合了两者的优势,保证探测精度的同时系统的光学结构更加多样化。为了提高联合变换光学相关器测量位移矢量的适用范围,提出了基于联合变换相关器的图像旋转和平移共存时的探测方法,解决了颤振存在旋转及平移运动的测量；提出了基于联合变换光学相关器的彩色图像位移矢量探测方法,将测量图像范围从灰度图像扩展到彩色图像领域,使得相关器能够同时并行处理彩色图像的三通道信息,完成彩色图像间的配准。探讨了联合变换光学相关器进行位移矢量探测时的抗噪声能力。当图像的信噪比接近0dB时,边缘调整相关器仍然能准确探测出受噪声污染图像的位移矢量；当图像欠曝5档,双相位编码联合变换相关器仍能探测出欠曝图像间的位移矢量。提出了小波联合变换光学相关器位移矢量探测方法,提高系统的探测性能,增强对噪声的鲁棒性。设计了实验样板模型,给出了基于振幅型空间调制器的联合变换光学相关器探测位移矢量的实验结果。分析了实验系统中每个器件所引入的误差影响,探讨了空间光调制器的黑栅效应所带来的探测误差,分析了空间光调制器与采集相机之间的分辨率不同所带来的误差。实验数据表明探测精度能够控制在0.2个像素内,均方根误差能控制在0.1像素内。在现有空间光调制器的技术下,能够达到每秒上千帧的处理速度。