融合几何光学的蒙日-安培方程方法和物理光学的迭代角谱算法，提出了一种复合型相位恢复方法。针对迭代角谱算法高度依赖初始值的问题，将蒙日-安培方程的解作为迭代初值，该初值通常比光强传输方程的解更准确。采用传统迭代角谱算法与混合输入输出算法的交替迭代策略，以避免算法过早陷入局部最优和迭代停滞。通过数值计算与仿真验证了所提复合型算法的优越性。

针对散射法在检测光学元件表面划痕时只能得到其光场分布而无法直接得到划痕深度信息的问题，将角谱迭代算法、光强传输方程（TIE）和角谱迭代结合的算法应用到光学元件表面划痕深度检测中。首先，采集光学元件表面的光场分布，分别利用两种重建算法得到表面划痕的相位分布，通过表面划痕对相位的调制特性计算出划痕深度；然后，从强度误差、相关系数及相对均方根误差来对两种算法的有效性进行评价；最后，通过实验验证了光学元件表面划痕深度重建结果的准确性。结果表明，与角谱迭代算法相比，TIE和角谱迭代相结合的算法重建划痕深度的相对误差更小，重建效果更好，重建精度更高。

提出了一种基于光强传输方程（TIE）的数字全息相位解调方法，并利用离散余弦变换进行了求解。仿真和实验结果表明，与传统的基于快速傅里叶变换的相位解调方法相比，该方法在没有损失精度的基础上加快了解包裹过程。此外，通过选择一个合适的延拓方案来计算强度的偏导数后，该方法的效率可进一步提高。提出的基于TIE的新型相位解调方法具有较高的处理速度和精度，可以实现相位测量的实时应用。

光强传输方程相位测量系统常使用激光作为光源或者借助商业显微镜搭建, 存在成像质量受相干噪声影响、系统体积大及成本高等问题。为解决以上问题, 提出一种基于LED照明的光强传输方程定量相位测量系统。使用LED照明, 避免了激光散斑噪声的影响。在显微成像模块中, 利用移动导轨调节并标定透镜位置, 使得切换不同倍率显微物镜时均能与透镜构成4f成像系统, 满足不同物体的测量需求。实验结果表明, 所提系统可准确实现定量相位测量, 具有系统紧凑、成本低、操作性强等优点。

在显微成像中,基于光强传输方程的双相机动态相位成像是定量观测活细胞运动的一种有效方法。但是相机安装带来的误差使得两个相机的视场之间存在一定差异,导致利用光强传输方程求解获取的相位不准确。为此,提出了一种基于棋盘格标定的双相机图像校正方法,以消除相机间视场的不匹配问题,校正后的匹配精度可达到亚像素级,大大提高了相位成像的正确率。首先对标准微透镜阵列进行定量成像测量,验证所提方法的准确性和可行性,再对游动的雨生红球藻细胞进行动态相位成像,成像结果表明该方法在动态生物成像领域具有一定的应用前景。

针对光强传输方程法在部分相干光场相位恢复过程中, 由于CCD采集频率与LED发光频率不同步导致恢复的相位出现黑白相间的条纹, 以及机械移动造成采集角度的偏差所导致的相位结果错误等问题, 提出了配准递进补偿算法.首先, 对所采集的具有一定角度偏差的三幅强度图进行角点检测和互相关匹配, 并去除错误点对从而得到变换矩阵进行图像变换以纠正原有的偏差.同时, 由于照明光波的缓慢动态变化与其低频分量相关, 在新的配准图像中进行初次补偿以改善照明频闪效应.然后使用光强传输方程求解得到样品的初始相位.为了解决初始相位边缘出现的光晕, 再次对恢复的相位进行补偿以突出样品的关键信息.搭建了真实光路系统进行实验验证, 结果表明所提方法在纠正角度偏差的同时改善了频闪效应.微透镜阵列实验中, 恢复的结果与实际结果相对误差为1.7%, 证明了所提算法的正确性与有效性.

光强传输方程作为典型的相位恢复技术, 在已知待测面光强分布与光强轴向微分时, 可以通过求解该方程直接得到待测面的相位分布。强度微分可以通过采集沿传播方向的不同散焦面的光强信息以计算强度差分来估计, 由此, 散焦面的适当选择变得尤为重要。将光强传输方程与图像插值法相结合, 在几何光学模型下描述采集的散焦面光强分布与聚焦面光强分布之间的关系, 再利用图像插值法计算出模糊参数不同的散焦面的光强分布, 由新得到的散焦图和采集的聚焦图代入光强传输方程以计算出相位。该方法只需要采集三幅强度图像, 即可计算获得其他位置的强度图像, 避免了采集设备的多次移动, 也为某些特殊情况下无法获取适合位置的强度图像提供了一种解决途径。实验中搭建了一个实际的光强图像获取系统, 所得结果验证了所提算法的有效性。

基于光强传输方程(TIE)的相位恢复技术, 可以通过测量一系列垂直于光轴分布的散焦强度图, 直接求解得到光场的相位信息。传统的基于TIE的强度图像采集系统在获得散焦图像时需要机械移动。通过在空间光调制器(SLM)上加载透镜相位图, 使其实现可编程透镜的功能, 任意改变此透镜的焦距值, 可以实现不同的散焦距离, 从而避免采集图像过程中CCD的移动。根据不同的算法理论, 设计了两种光强图像采集系统。由于日常生活中使用相机拍照时, 透镜的相位调制作用不可忽略, 使用SLM代替含透镜的光传播模型中透镜的作用, 设计了第一种实验装置。此外, 通过在4f系统的频率域位置放置SLM, 设计了第二种实验装置。真实实验的结果验证了这两种方法的有效性和正确性。

针对传统的基于光强传输方程（TIE）相位恢复方法中需要通过移动待测物体或者CCD以实现光强图像采集所造成的速度慢、精确度低等问题，提出了一种新的基于硅基液晶（LCOS）变焦透镜的相位恢复方法。首先，在LCOS上加载具有不同焦距的透镜相位分布图，使其实现变焦透镜的功能；然后通过本研究所设计的系统在同一成像平面上采集不同散焦距离的光强图像；最后求解TIE从而得到相位信息。该方法只需要改变LCOS上所加载的相位分布图即可形成不同的散焦图像，避免了传统方法中机械移动所造成的误差。模拟与实验结果均验证了所提方法的正确性和有效性。

相位恢复与定量相位成像是光学测量与成像技术领域的一个重要课题。传统干涉测量法依赖高度相干光源的干涉叠加，干涉装置复杂，测量环境要求苛刻，引入的散斑噪声极大地限制了传统干涉测量法在显微成像领域的应用。光强传输方程(TIE)作为最具代表性的相位恢复方法之一，为定量相位成像提供了一种新的非干涉手段。近些年来，该方法在国内外得到广泛研究与关注，发展迅速，成果显著，在自适应光学、X射线衍射光学、电子显微学、光学显微成像等领域展现了巨大的应用潜力。从光强传输方程的基本原理、方程求解、光强轴向微分的差分估计、部分相干成像与光场成像等几方面综述了光强传输方程在光学成像领域，特别是定量相位显微成像领域的研究现状与最新进展，并针对现存问题以及今后的研究方向提出了建议。