当光波在大气中传播时，由于大气湍流引起的折射率的随机变化，光束的波前会发生畸变。对于地基大型望远镜而言，大气湍流使得目标成像模糊、光能分散、分辨力严重下降。目前，国内外科研工作者应经开展了多年的工作，致力于研究克服大气湍流的事后图像复原技术。现阶段，比较有效的事后图像复原方法有斑点成像、盲反卷积、反卷积和相位差法等。相位差法是一种典型的事后图像处理方法，该方法利用在焦面上和离焦量面上同时采集的短曝光图像，在复原湍流退化图像的同时，还可以估计出大气湍流和望远镜像差引入的波前相位畸变。　　 本文在统计信号估计、最优化理论的基础上，推导和分析了利用相位差法进行图像盲复原的基本算法，并使用适合于大规模优化的的有限内存BFGS法对图像复原问题进行了求解。先后使用相位差法复原了计算机模拟的大气湍流退化图像、实验室模拟湍流退化图像、瑞典SVST望远镜太阳表面结构观测图像和云南天文台1.2m望远镜单星观测图像。利用计算机模拟的湍流退化图像，我们对几个影响相位差法复原性能和效果的因素进行了详细地研究，主要包括优化算法的选择、图像帧数等因素。本文作者对只使用单通道焦面图像、单通道离焦图像和相位差法的复原性能进行了比较，结果表明相位差法比仅仅使用单通道图像的算法复原效果更好。大量的实验结果证明，相位差法能够有效地克服大气湍流的影响，实现点目标和扩展目标的高分辨成像。为了更方便的对相位差法等湍流退化图像复原算法进行深入地研究，设计和建立了大气湍流退化图像实验室模拟系统，该系统主要由扩展目标模拟器、大气—望远镜成像系统和双路图像采集系统三个部分构成。在实验中，本文作者使用液晶光阀实现了扩展目标的模拟，使用步进电机驱动三块随机相位板来模拟大气湍流效应，实现了双通道图像同步采集。大气湍流退化图像实验室模拟装置的建立，不仅仅为验证相位差法的正确性提供了有效的数据，而且还能为斑点成像、盲反卷积等图像复原算法的研究提供实验数据。对于地基大型光学望远镜而言，除了大气湍流的动态扰动外，光学元件的加工误差、光学设施的装调误差、望远镜内部温度不均匀和重力变形等因素也会使入射光束的波前发生畸变，导致望远镜的分辨能力严重下降。因此，如何在天文台现场准确地测量望远镜的像差，是进一步提高望远镜分辨能力的关键问题。