穿透散射介质的光学成像技术是近年来光学计算成像领域的重点研究方向之一,在军事侦察、消防搜救、汽车自动驾驶、水下成像、医学探测等领域有着重要的应用前景。现有多种用于穿透强散射介质成像的散射成像技术,都有不同优缺点,其中基于光学相位恢复的散射成像技术具有更好的发展前景,有望实现大视场、远距离、高质量的穿透成像。针对现有基于光学相位恢复的散射成像技术普遍存在的问题,本文从光学相位恢复方法的两种代表性技术——相干衍射成像和傅里叶叠层成像入手,面向某些实际散射成像应用场景需要,实现技术框架设计和算法改进,提出具有实用价值的光学散射成像技术,并进行数值仿真和实验验证。论文完成了如下研究工作:1.在光学相位恢复方法的基础上,提出并验证单帧相干功率谱散射成像技术。介绍光学相位恢复的基本原理和实现方法,基于相干衍射成像光路设计并搭建了光学实验平台,以光的传播理论为基础,结合光学记忆效应和维纳辛钦定理,推导出目标的理想功率谱和散射的实际功率谱之间的线性关系式,作为单帧相干功率谱散射成像技术的理论基础。实验结果表明,该方法仅用一幅采集的功率谱图像,就能够迅速重建被散射介质隐藏物体的清晰图像。2.改进单帧相干功率谱散射成像技术,实现对较高复杂结构物体的单帧快速散射成像。分析了影响图像重建质量的各主要影响因素,包括数据源端影响因素及算法执行过程的影响因素,并提出了动态调整反馈参数和非线性模量的频域加强方法,对单帧相干功率谱散射成像技术进行了优化,有效加快了算法的收敛速率,提高了图像重建质量,并实现了较高复杂结构物体的散射成像。3.提出并实验验证了可变孔径傅里叶叠层散射成像技术。基于孔径扫描傅里叶叠层技术的主体思想,提出可变孔径傅里叶叠层成像技术,并进行方法流程设计,模拟仿真及散射实验结果表明,该技术的图像重建耗时更短、图像质量更优,同时对孔径位置偏差与孔径形状偏差具有较强的鲁棒性,适用于宽视场复杂结构物体的散射成像。4.提出并验证软扫描傅里叶叠层单帧散射成像技术。针对硬件扫描型傅里叶叠层散射成像技术比较耗时、对机械硬件要求高的缺点,以及单帧相干功率谱散射成像技术中仍普遍存在解模糊的问题,提出了单帧采集条件下的软孔径扫描傅里叶叠层方法,实验结果表明,该技术通过更充分地挖掘所采集的图像信息,加强光学相位恢复算法的频域约束,可以在较短时间内重建出清晰且唯一的物体图像,有助于将傅里叶叠层成像技术拓展到实时性要求高的散射成像应用领域。总之,本文论述的基于光学相位恢复方法的计算散射成像技术,实现了相干光照明下透过散射介质对具有较复杂结构的目标物体的快速、高质量的成像,一定程度上解决了散射成像技术普遍存在的耗时久、解模糊、窄视场、实验条件苛刻等局限,对于解决光学散射成像领域面临的应用基础问题有重要的参考价值。