随着空间光学相机的不断发展，对成像分辨率、成像范围的需求不断提升，使既能看得清、又能看的广成为空间相机的一个重要发展方向之一。对于这类大口径大视场空间光学相机，由于其成像性能参数的限制，具有较大的相对口径，因此具有较短的焦深。而短焦深空间光学系统由于航天发射时的抖动、运行过程中温度气压等环境因素的变化，易出现随机的离焦误差，导致成像质量严重下降。因此，自动对焦技术是保证其可以清晰成像的一项关键技术。

相较于传统应用于空间相机的自准直对焦方法或增设传感器的方法，基于数字图像处理的自动对焦方法更为方便、灵活。但针对遥感图像目标，使用现有的可以应用于其他成像系统的自动对焦方法仍然存在对焦速度慢、抗噪声干扰能力差的问题。为了解决这一问题，本文基于遥感图像的特点，分别针对对焦评价函数、对焦搜索策略以及基于离焦量估计的离焦深度法进行了研究与改进。

首先，对光学成像系统的模型与离焦原理进行了介绍，对经典的对焦评价函数进行分类介绍。针对这类传统算法应用于遥感图像中的不足，提出了基于特征区域的对焦评价函数，通过选择信息丰富的区域，降低了无效像素点和噪声对准确对焦的影响，不仅解决了受噪声影响较大时评价函数曲线灵敏度下降、出现局部极值的问题，同时解决了针对遥感图像的对焦窗口选择具有盲目性的问题。在方差为0.01的大量高斯噪声影响下，也具有良好的灵敏度。

其次，针对对焦深度法在离焦量较大时前期搜索步数过多、以及容易陷入局部极值的问题，为了加快对焦速度，基于遥感图像提出使用空间域卷积与反卷积变换的方法，通过两幅图像对离焦量进行估计，并通过自适应采样的方法进一步改进算法，使其在信噪比为11.5dB的图像中，17倍焦深的离焦范围内，估计误差均值优于10%。

最后根据短焦深成像系统对焦精度需求高的特点，实现了可以用于大靶面拼接，并且可以进行快速、高精度调节的对焦成像探测器。基于此搭建了实验系统，针对算法的对焦精度进行了验证，在多种情况下只有小概率出现20-40微米的焦深内对焦误差；进一步进行了离焦深度法的验证，对于实际拍摄所得遥感图像目标，多数情况下估计误差小于15%，具有不错的实际效果，再结合对焦深度法小范围搜索即可完成精确对焦，实现整个对焦过程的提速。