随着攻防对抗技术的发展，目前国内以红外点源导引头为主的近程拦截导弹已经越来越难以适应现代战争的需要。小型旋转弹具有系统简单可靠、结构紧凑、成本低、抗外界干扰能力强等优点，特别适用于近程低空、超低空拦截敌方飞行器的大量装备中。光电成像制导对于增加末端拦截弹的作用距离、提升复杂战场环境的适应能力具有极为重要的意义，是小型末端拦截弹的重要发展趋势。本文的研究工作正是为了满足这一迫切军事需求而开展的。现阶段，研制小型光电成像导引头的主要技术难点在于：一是硬件系统受到弹头尺寸空间的严格限制；二是存在大运动偏移时如何使图像稳定；三是复杂背景中目标检测与跟踪算法设计。本文重点围绕旋转弹光电成像制导中的大运动偏移电子稳像、复杂背景中运动目标检测、目标跟踪三大关键技术问题开展研究工作。期望通过本文研究，完成旋转弹光电成像制导图像处理关键算法的设计，并最终实现工程化应用，为我国小型光电成像导引头的研制打下坚实技术基础。本文的主要创新性贡献体现在以下四个方面：(1)针对导引头摄像机搭载于高速运动的平台时，所采集的图像序列会随着平台快速变化的问题，提出了一种频域极坐标处理与空域高斯‐牛顿最小化法相结合的运动估计算法，实现了大运动偏移图像序列的高精度稳像。该算法首先采用频域极坐标处理粗估出两帧图像间的偏移量，并将此偏移量作为初始值，再用高斯‐牛顿最小化法精确估计图像间的偏移量，用于图像补偿，从而保证了大运动偏移图像序列的稳像。实验结果表明，本文所提出的优化处理算法能够实时、高精度地稳定具有大运动偏移的图像序列。(2)针对复杂背景中非同时进入视场的多个运动目标检测问题，提出了一种采用多个粒子滤波器联合检测图像中多个运动目标的方法。该方法采用基于Bayes推理准则的粒子滤波器进行空时滤波，消除补偿后的差分图像中存在的噪声和杂散点，并根据粒子逐渐汇聚于运动目标处的特性通过聚类算法检测出运动目标。引进了基于KLD（Kullback-Leibler distance）采样的自适应粒子滤波器以降低其计算复杂度。实验结果验证了多自适应粒子滤波器检测多个运动目标的有效性。(3)针对传统均值平移（Mean-Shift）算法对目标区域的特征空间描述单一的问题，提出了一种改进的Mean-Shift跟踪算法，采用了融合图像灰度特征和增强边缘的特征空间描述，使得当目标与背景颜色较相似或图像对比度低、噪声大时，跟踪不易丢失。针对传统Mean-Shift算法缺乏必要的模板更新机制的问题，引入LMS(最小均方)滤波方法自适应更新目标模型核函数直方图解决长时间稳定跟踪的问题；针对传统Mean-Shift算法核窗宽不能自适应调整的问题，采用了改进增量试探法进行尺度定位的Mean-Shift目标跟踪算法解决目标尺寸变化问题；针对传统Mean-Shift算法没有目标位置预测机制以致目标相对运动大时不能收敛到正确位置的问题，采用Kalman滤波器和Mean-Shift算法相结合进行运动目标跟踪，提高了算法对快速运动目标的跟踪能力。大量的实验图像验证了改进算法的有效性。(4)完成了全部处理算法在旋转弹光电成像导引头试验样机中的优化和系统集成，实现了导引头视频图像的实时处理，实验结果验证了本文所提出的电子稳像、运动目标检测和跟踪处理算法的良好性能。