红外哈特曼-夏克波前传感器作为一种重要的波前探测器件，已经被广泛应用在天文观测、光束测量、眼科医疗等场合的红外波段自适应光学系统中。本文以提高红外高帧频哈特曼-夏克波前传感器的质心探测精度和处理实时性为目标，在以下几个方面进行了深入分析研究：红外焦平面阵列探测器的特性参数及其测试方法；红外哈特曼-夏克波前传感器各种质心探测误差源特性及其影响；提高红外哈特曼-夏克波前传感器质心探测精度的光斑图像预处理算法；红外高帧频哈特曼-夏克波前传感器的图像预处理和质心运算实时处理技术。　　作为红外哈特曼-夏克波前传感器所采用的光电探测器件，红外焦平面阵列探测器(IRFPA)的性能对于探测效果有很大的影响。本文在红外焦平面阵列特性参数测试的国家标准基础上，结合自适应光学系统特点，对IRFPA的噪声、暗电平、盲元、像元响应非均匀性，非线性度、量子效率等特性参数定义和测试方法进行了研究探讨，并且给出了某款红外焦平面阵列探测器的实际测量数据与分析，为今后的红外焦平面阵列探测器测试工作提供了理论指导和经验参考。　　质心算法作为红外哈特曼-夏克波前传感器最常用的斜率探测方法，其精度受到各种误差源的影响，除了信号光子噪声、背景光子噪声、采样误差等常见误差源外，还包括红外焦平面阵列探测器上客观存在的转换噪声、固有暗电平、像元响应非均匀性和盲元等不利因素。本文在前人研究成果的基础上，对各种质心探测误差源的特性和影响进行了系统的总结和分析，其中着重研究了像元响应非均匀性和盲元对质心探测误差的影响：基于常用的像元响应一点模型和两点模型，通过理论推导和仿真对像元响应非均匀性造成的质心探测误差进行了研究；推导了单个盲元存在时的质心探测误差数学表达式，并通过仿真和实验分析了单个盲元、两个盲元和三个盲元引入的附加质心偏移误差的变化规律。　　为了有效减小各种质心探测误差源的影响，需要在质心运算前对红外哈特曼-夏克波前传感器的光斑图像进行一定的预处理。本文结合红外图像处理领域的研究成果和红外焦平面阵列探测器的特性，提出了包括邻域正常像素线性插值盲元补偿算法、像元响应非均匀性两点校正方法和减阈值法的-系列红外哈特曼波前传感器光斑图像预处理算法，有效地提高了质心探测精度。　　为了与红外哈特曼-夏克波前传感器高帧频特点相适应，需要对实时波前处理技术进行研究。本文针对像素横向多通道并行输出特点的红外焦平面阵列探测器，设计了基于流水线和并行处理的红外哈特曼-夏克波前传感器光斑图像预处理算法以及质心运算的实时处理结构，对同时输出的多个像素进行并行处理，满足了高帧频下的波前处理延时要求。　　本文的研究成果对于红外哈特曼-夏克波前传感器在自适应光学系统中的应用具有重要的指导意义和参考价值。