基于光电探测视频图像的对地面运动目标检测与跟踪技术是战机侦查瞄准和实施精确打击的关键技术，当战机急剧转弯导致图像地面背景相对旋转运动时，对地面目标检测与跟踪是急需解决的关键问题。在深入研究机载光电探测成像系统的基础上，构建了相邻两帧图像间背景像素的运动模型。研究了机载光电探测图像中地面背景与运动目标的运动变化规律，提出了一种基于目标与背景运动矢量分布比的图像地面背景旋转剧烈程度评价方法。据此，将图像地面背景运动分为地面背景平缓旋转运动和地面背景剧烈旋转运动。提出地面背景平缓旋转运动下运动目标检测算法，通过Shi-Tomasi Harris特征点检测算法与改进的彩色金字塔Lucas光流算法计算图像特征点稀疏光流场，并据此估计背景中心运动矢量，分类特征点，分块待检测图像，计算目标置信度，实现对地面运动目标的检测。提出地面背景剧烈旋转运动下运动目标检测算法，首先计算图像特征点稀疏光流场，然后估计背景运动透视模型参数，重构纯背景运动矢量场，对图像进行背景运动补偿，最后通过差分二值化与形态学处理检测出运动目标。由于多种因素的影响，地面运动目标在机载光电探测视频图像中的成像状态复杂，仅靠单一的目标跟踪算法难以在全部成像状态下都取得良好的跟踪效果。针对机载光电探测视频图像中地面运动目标的3种状态：形变状态、被遮挡状态和高速运动状态，提出不同的目标连续预测搜索跟踪模式，实现相应状态下的地面运动目标跟踪。提出了跟踪效果评价系数，智能判断目标跟踪状态，实现目标模板更新与跟踪模式切换，用最匹配的跟踪模式准确跟踪地面运动目标，提高目标跟踪的稳定性。