自动调光调焦是可见光相机研制过程中的关键技术之一，是保证成像质量的重要部分。基于图像处理的自动调光调焦方法由于智能程度高、结构简单的优点，在手机、数码相机等生活用品中得到广泛的应用。本文针对可见光相机在高空中使用时的成像特点以及面临的问题，研究分析自动调光调焦图像处理算法及其实现。首先，在调光方面阐述了相机自动调光原理，并从相机的曝光函数入手，分析前后两帧图像亮度与曝光参数的数学模型。针对相机在高空中拍摄时所拍摄的场景时刻变化、应用环境多样的特点，提出了一种基于图像分块和直方图的自动调光算法，该算法通过分析前一帧图像的亮度分布来计算下一帧图像的最佳均值。通过分析某型号相机的曝光时间和增益对图像亮度的影响，设计了该相机的调光方式。仿真实验与在实际相机的应用表明，利用此方法可以获得整体亮度合适的图像，并且此方法具备较好的场景适应能力，满足场景时刻变化时相机自动调光的需求。其次，可见光相机在高空中使用时，由于受到温度、气压等环境因素的变化而引起光学系统离焦。分析了一种温度调焦与距离调焦补偿的方式及其理论可行性。针对在温度调焦中用到的光栅图像提出了一种基于边缘锐度的图像质量评价函数，通过与经典评价函数的对比实验表明该方法具有计算量小、抗噪性能好、精度高等优点。结合评价函数和实际相机中的应用，提出了一种自适应步长的爬山法。搭建基于PC机的自动调焦算法仿真平台，实验表明该方案可以满足相机准确和快速对焦的要求。最后，考虑到自动调光调焦实时性的要求，提出了一种基于FPGA嵌入式平台的自动调光调焦系统方案。对调光调焦算法进行软硬件划分，软件部分用C语言在硬核PowerPC中实现，硬件部分采用FPGA的逻辑资源实现。逻辑电路中主要研究了除法器、直方图统计、图像采集和中值滤波器的实现与优化。当系统时钟为60MHz时，自动调光计算为6微秒；自动调焦搜索次数平均11.3次，满足实时性的需求。