随着多尺度拼接成像技术的发展,基于共心球透镜的多尺度广域高分辨率成像系统突破了传统光学系统透镜比例法则的限制,有效解决了广域成像和高分辨率成像相互制约的问题。然而,基于该技术开发的光学系统仍存在一些不足之处:首先,前级主物镜采用共心球透镜实现广域成像,但其一次像面上的二级光谱像差不能得到校正,造成像面上可清晰分辨像点数目下降,获取的广域物空间细节信息丢失严重,增加了次级系统设计的压力,并且随着前级主物镜焦距的增大,二级光谱像差对系统性能的影响增加;其次,对一次像面中继成像的次级微相机阵列由于为定焦结构,与前级主物镜联合设计后的整体系统不能对广域范围内某一目标切换焦距进行精准追踪判别。此外,一次像面上二级光谱像差也会给次级微阵列相机的变焦设计带来困难,影响最终整体系统的成像效果。本文围绕多尺度拼接成像技术展开了深入研究,并针对目前基于共心球透镜的多尺度广域高分辨率成像系统存在的不足之处提出了相应的解决方法,并进行了设计实例验证,具体研究的工作主要包括如下几个部分:（1）探究Lohmann提出的透镜系统比例法则,基于空间带宽积分析广域成像和高分辨率成像相互制约的原因,引入性能饱和度量化不同尺度透镜系统的光学信息传递效率,验证多尺度成像技术实现广域分辨率成像的可能性。并对多尺成像系统的局部像差进行研究,确定共心多尺度成像系统模型。（2）根据高斯光学理论,对多尺度光学系统中基于共心球透镜的前级主物镜进行设计分析,探究一次像面可分辨率点数目下降的原因。采用Buchdahl色散理论对共心主物镜进行复消色差设计,消除一次像面的二级光谱像差,提升一次像面上可分辨像点数目,最终得到了三组六片式“单——四层胶合——单”大尺度长焦共心复消色差主物镜。（3）针对次级连续变焦系统的全动型变焦方式,利用变焦过程中共轭距以及各运动组份焦距的不变性,推导各组份光焦度,完成初始结构设计。然后与前级新型高性能主物镜进行联合设计,简化次级连续变焦系统,设计变焦曲线,进行公差分析,并对次级变焦微相机阵列进行排布设计,完成系统整体设计。本文设计的基于共心复消色差主物镜的广域高分辨率连续变焦系统的前级主物镜焦距大小为200mm,视场约为106.5°×62.7°,弥散斑半径大小约为1.4μm,二级光谱像差大小3.1×10-4mm,调制传递函数接近衍射极限线,这都表明前级主物镜接近衍射极限性能。整体系统在短焦模式下,采用384个微相机拼接实现约106.5°×62.7°成像视场。整体系统变焦范围为63mm-126mm,在焦距变化过程中,最大畸变量＜1.0%,MTF曲线在183lp/mm处几乎位于0.3以上,公差分析后在0.1以上,表明系统成像质量良好。该系统初步解决了前级主物镜一次像面像质差所导致获取物空间目标细节信息丢失和次级系统设计压力大的问题;并且实现了广域高分辨率成像的同时,对小区域目标可切换焦距进一步实现精准判别和追踪,为广域高分辨率成像的发展提供了新思路,可广泛应用于海上搜救、机载侦察、安防监控等领域。