光学合成孔径是实现高角分辨率成像的一种可行的方法。由于存在多个孔径，振动所产生的孔径面共相误差会影响成像质量。基于现有光学合成孔径成像原理，通过对平移误差和倾斜误差进行耦合建模，设计了一套光学合成孔径结构下的振动对点扩展函数（PSF）的影响模型。提出时间累积斯特列尔比（TISR），相较于传统评价指标，TISR用于分析在时间累积效应下耦合共相误差对PSF的影响。分析结果表明：在振动的持续作用下，PSF成像性能会大幅衰退，时间累积效应下的TISR曲线呈现出明显的周期性波动，最终随着时间的推移而逐渐收敛。

针对摄像测量应用中被测物自身结构复杂或者现场环境复杂出现前景遮挡使得目标丢失导致测量失败的问题，将合成孔径成像与图像处理技术相结合，提出了一种基于阵列式合成孔径成像的遮挡目标位置测量方法。总体思路为通过合成算法得到去遮挡图像，之后识别图像中的被测物，最后进行重建得到待测信息。考虑到标记点法被广泛应用于摄像测量中的位置观测，将其作为研究对象，从合成孔径成像过程中分析典型标志灰度分布，总结现有识别方法在遮挡条件下的适用性，提出了一种适用于合成图像特殊灰度分布规律的标记点以及对应的识别方法并验证了可行性和精度。之后，应用所提方法开展了静态测量和动态测量实验。结果表明，所提基于阵列式合成孔径成像的遮挡目标位置测量方法可以解决复杂结构测量和复杂环境测量时存在的前景遮挡导致标记点丢失和信息识别缺失的问题，为摄像测量在相关应用中提升精度提供了新的手段。

针对对地三维成像和海洋水深测量的需求，对轨道高度为500 km、口径为2 m的谐衍射光学系统星载双波长陆海激光雷达系统进行了分析。基于单光子阵列探测器，分析了大口径衍射光学系统的光学合成孔径实现方式，并设计了系统参数。波长为1.55 μm的陆地观测激光雷达的主要性能指标为：地面像元分辨率4 m，交轨瞬时幅宽4 km，高程测量精度0.3 m。波长为0.516 μm的海洋观测激光雷达的可探测水深达30 m。分析了激光本振阵列探测器的结构，提出了基于相干探测的光学合成孔径技术，有望采用计算成像的方式，利用多个子口径的低分辨率复图像信号相干合成高分辨率图像，同时提高图像的信噪比。相同系统参数下的对比分析表明，波长为1.55 μm的陆地观测激光雷达采用相干探测体制后，探测性能优于传统的直接探测。采用子口径结构，可降低衍射光学系统的加工难度，同时子口径结构焦距短的特点使得光学系统的轴向尺寸和重量大幅减小。

光学合成孔径成像系统中光学传递函数的频率响应下降,会不可避免地导致成像模糊,因此通常需要借助维纳滤波或盲解卷积算法来实现图像复原,最终获得清晰的高分辨率图像。提出一种基于U型卷积神经网络的深度学习框架,通过MATLAB软件构建数据集,以对网络进行训练,并将所训练的U型网络与盲解卷积算法的图像复原效果进行对比。数值仿真结果表明,在弱噪声条件下,U型网络在基于光学合成孔径成像系统的图像复原中展现出较强的复原能力以及一定的泛化能力和通用性,能够实现图像的快速盲复原,因而具有潜在的应用前景。

光学合成孔径(OSA)技术能够极大地提高光学系统的空间分辨率,但是由于孔径的离散与稀疏,导致其调制传递函数(MTF)中频部分相比单一口径系统显著下降。论述OSA成像的方式和原理,分析OSA中频MTF下降的原因和原理。以填充因子为线索,分别给出大填充因子中频MTF下降和小填充因子中频MTF缺失的处理方法。对于中频MTF下降,采用图像复原的方式恢复图像中的中频信息;对于中频MTF缺失,采用两个系统分别成像再融合图像的方法补偿中频。分别分析了两种方法的可行性,给出了两种情况的Zemax仿真验证,结果表明两种方法均可行。

为了解决光学合成孔径系统成像模糊问题以及研究其相应图像复原算法,采用Zemax软件分析了四孔径光学合成孔径系统的MTF,以及其像质模糊原因。并用MATLAB仿真分析常用的Wiener滤波复原算法,得出该算法在处理合成孔径系统图像存在不足。提出了一种基于K值自适应改变Wiener滤波图像复原方法,通过计算机仿真验证表明,该算法可使合成孔径系统降质图像的像质得到较好改善,复原效果优于Wiener滤波,且其像质评价参数PSNR以及ISNR分别提高了6.89%和1.1 dB。

针对相位平移误差使光学合成孔径图像的复原出现的振铃效应, 提出了一种结合视觉感知的振铃探测与消除方法。首先, 提出并利用梯度方向随机度和局部方差值两项指标计算得到图像纹理区;然后, 根据不同阈值的Canny算子检测出全边缘与主边缘, 并将主边缘邻域内的全边缘作为待筛选的边缘振铃;最后, 结合人类视觉系统的纹理掩盖效应分别得到振铃区与平坦区。此外, 在图像分区基础上, 选择亮度相似度因子作为自适应参数, 利用双边滤波进行图像处理。实验显示: 处理后Lena图像的峰值信噪比提高了10.8%, 分辨率板的结构相似度提高了0.057。结果表明: 该方法能够对图像以像素精度分区, 可以在保持边缘与纹理的同时, 有效消除振铃效应, 提高图像复原质量。