平面集成光学干涉成像系统是基于光学综合孔径技术与光子集成电路的新型探测成像系统。相较于传统的大孔径光学成像系统,具有以下优点:(1)分辨率由子孔径之间的距离决定,而不是传统成像系统的通光孔径尺寸决定,减小了系统的质量、体积和功耗;(2)光子集成电路中的光学元件对信号光的耦合、传输和计算取代了传统光学系统中的自由传播方式,减小了系统的体积;(3)随着光子集成电路技术成熟度不断提高,在良品率得到保证的前提下,干涉探测系统更易实现大规模量产。平面集成光学干涉成像技术可以为未来高分辨率、轻质量、小体积和低功耗的光学探测系统设计提供一种选择,在军事侦察、空间预警、天文观测和遥感成像等高分辨率成像场景有着巨大的发展潜力和应用空间。本文对平面集成光学干涉成像这一新型探测系统的质量表征和像质提升方法进行了研究。本文主要研究工作如下:(1)介绍了平面集成光学干涉成像系统的信号传输过程,对系统的分辨率、成像视场、耦合效率、子孔径收集能量等指标和空间频率覆盖能力进行了研究。建立了系统光瞳面的点扩散函数与光学传递函数模型,仿真了干涉探测重建成像和直接干涉成像这两种工作方式的成像效果,结果表明干涉探测重建成像的机制中,系统对信号光的分光复用和相干计算提升了其空间频率采样能力,成像效果优于直接干涉成像机制。(2)从空间频谱覆盖的角度,分析了限制系统成像质量的因素。对提高系统在径向和轴向上频谱覆盖的方法进行了研究。首先提出了径向上的连续频率覆盖条件,可以作为基线长度设计时的参考原则,实现干涉臂上径向的连续频率覆盖,提高了系统中高频信息的采集能力,从而提升系统成像质量。然后分析了信道波长间隔对系统成像质量影响,设计了小间隔、低损耗的近红外波段和可见光波段的阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating,AWG),提升系统在径向的频谱覆盖能力的同时,增强了系统干涉灵敏度。在提高系统轴向频谱覆盖方面,本文基于时分复用的思想,提出了一种双臂大口径旋转采样工作方式,双臂的设计实现了径向的连续频率覆盖,旋转采样的工作方式,增大了系统轴向上的频率覆盖能力,从而提升系统成像质量。(3)根据平面集成光学干涉成像原理,模拟某天基遥感系统成像重建过程,其最长基线为273mm,角分辨率达到0.5",最大空间频率为682.5 cycles/mrad,给出了干涉臂数分别为37和73时的成像效果,并与传统成像过程进行了对比,分析了平面集成光学干涉成像系统的优劣势。(4)本文从数据重建的角度出发,研究了基于压缩感知理论的系统图像重建问题,讨论了多种不同惩罚项的重建算法对成像质量的提升效果,结果表明重建效果按照从好到坏的顺序排列有:TV算法>BPDN算法>FOCUSS算法≈iFFT2算法。