第二次世界大战后,由于军事上的迫切需求和航空航天领域的蓬勃发展,红外成像技术日渐成熟起来。红外光电系统一般使用被动工作模式,它的抗干扰能力较强,并且可以全天候工作,因此被很多国家广泛用于军事检测和侦察等领域。目前航空红外遥感成像技术在农业、林业、水资源、环境监测等方面也得到广泛的应用。为了能够对远距离目标进行大视场、高分辨率成像,航空红外相机向着长焦距、大口径方向发展。随之而来的问题是,复杂变化的高空环境例如温度、压强等因素使得航空红外相机的焦平面沿轴向位置产生一定偏移,导致图像模糊,分辨率低下,严重影响画质。为了克服环境对相机焦距带来的恶劣影响,必须设计自动调焦系统来及时修正焦平面位置。自动调焦方法有很多,主要包括测距法、相位检测法、程序控制法、图像处理法和光电自准直法。分析这几种方法的优缺点,结合课题背景,最终选用基于图像处理的自动调焦方法。这种方法直接以获得的红外数字图像质量为调焦指导,可靠性强。本文对空域、频域、信息熵等变换域的调焦函数进行实验仿真,从无偏性、灵敏度、稳定性、计算量等指标测试这些函数的特性,最终选取综合性能优良的Brenner函数作为调焦函数。为了提高Brenner函数的信噪比,除了对红外图像进行非均匀性校正、盲元校正外,采用中值滤波的方法来降低Brenner函数的抖动。接着制定粗细结合的快速爬山搜索策略,先控制电机以100um大步距步进进行粗略调焦,快速找到粗焦面位置,再控制电机以低于半倍焦深的10um小步距在粗焦面附近精细搜索,直至找到正焦位置。通过对目前图像处理平台的比较,选择满足调焦函数计算量和实时性要求的FPGA平台,在该平台设计实现系统的自动调焦功能。最终在实验室搭建的焦距为300mm,F数为2,探测器像元数为640×512的卡塞格伦折反式光学系统上实现了功能验证,为实际应用提供解决方案,具有工程指导意义。