无透镜成像受到同轴全息图中孪生像噪声的影响，一直面临着重建信噪比差和成像分辨率低的问题。针对该问题，本文提出一种基于分数匹配生成模型的无透镜成像方法。在训练阶段，通过连续随机微分方程（Stochastic Differential Equation， SDE）缓慢添加高斯噪声扰动数据分布，然后训练具有去噪分数匹配的连续时间相关的分数函数，用于求解反向SDE生成目标样本数据。在测试阶段，使用单张菲涅尔波带片作为掩膜，在非相干光照明下实现无透镜编码调制，然后使用预测-校正的方法在数值求解器SDE和数据保真项步骤之间轮换更新进行图像重建。在LSUN-bedroom和LSUN-church数据集上的验证结果表明，提出的算法能够有效消除孪生像噪声，峰值信噪比和结构相似性分别可达25.23 dB和0.65。与传统的基于反向传播和基于压缩感知的无透镜成像结果相比，峰值信噪比分别提高17.49 dB、7.16 dB，结构相似度分别提高0.42、0.35，从而实现图像重建质量的有效提升。

为了降低菲涅尔孔径编码成像的传输带宽，改善小尺寸像感器拼接成像质量，提出菲涅尔孔径编码成像的压缩感知重建算法。基于压缩感知理论框架对部分采样的编码图像重建可行性进行分析，指出压缩感知重建误差随波带片常数缩小而降低。根据重建图像中孪生像和原始像在梯度域稀疏性的差异，引入全变差正则化实现抑制孪生像的效果。建立压缩感知理论框架下图像重建目标函数，利用交替方向乘子法进行求解。结合编码图像的能量分布和采样模式的可实现性，测试了矩形采样和辐射线采样两种模式，对不同采样数据量下重建图像质量进行分析。结果表明，辐射线采样模式相比矩形采样模式具有更高的图像采样效率，且仅通过7.3%的实验测量数据就可以获得质量良好的图像，为多块小尺寸像感器拼接成像提供了理论基础，有利于拓展编码掩膜无透镜成像的应用领域。

电磁场及流体演化过程信息的获取在高能量密度物理、可控核聚变及实验天体物理的研究中起着重要的作用，然而在实验过程中，电磁场信息及流体信息的同步获取是非常困难的。基于高能电子透镜成像技术，利用面密度差分的方法，提出了一种可以实现面密度和场积分强度同时获取的双自由度诊断设计方案。结合了蒙特卡罗模拟和束流光学分析，该方案在相对较强的电磁场情况下的适用性得到了验证。此外，我们可以通过改变Fourier面处光阑的形状将其适用区间扩展到低电磁场强度相空间。结合高能电子束相对论速度及超短脉冲的特点，该技术非常适用于磁流体超快演化过程的诊断。