分辨率是成像系统最重要指标之一,为提高分辨率,需要增大系统的孔径,相继发展出了整体式、拼接式大孔径和分布式多孔径成像等技术。其中,对于整体大孔径成像技术,大孔径主镜的光学加工、支撑、以及对主镜的运载能力等因素制约了这种技术的发展。分布式孔径成像技术通过阵列小孔径共相综合实现等效大孔径的成像分辨率。该技术在降低了工艺难度的同时也减轻了重量、体积,但这种系统需要大量的自适应光学波前探测、控制、校正系统以及大量的共相误差探测和校正系统等,这使整个系统结构非常复杂,限制了该技术的应用。随着电子信息技术的进步,数字化分布式孔径成像技术逐渐发展起来。该技术首先采用数字化方式获取各子孔径捕获的波面复振幅,然后通过计算成像的方式实现多孔径高分辨率综合成像。该技术进一步减小了系统的重量和体积,降低了系统的复杂度。但也带来了新的挑战,主要包括复振幅的准确记录,共相综合误差的实时探测和校正等。本文采用数字全息技术记录子孔径复振幅,设计了分布式全息孔径成像系统,并针对系统的等效分辨率、离轴数字全息的复振幅记录和提取条件、数字共相、散斑抑制等关键问题进行了分析和研究。针对等效分辨率问题,由于相干照明下的分布式孔径成像系统的CTF(相干传递函数)是不连续的,因此,通过CTF截止频率不能准确分析出系统的等效孔径。本论文提出了一种新的估计等效孔径的方法,通过扫描某像点及其邻近像点的距离和相对相位,计算各对应像点ASF(振幅扩散函数)的相干叠加曲线,用以判断该像点能否被分辨,并得到相应的分辨率和等效孔径。经仿真和实验验证,该方法能较准确的估计出系统分辨率。针对子孔径间数字共相问题,本论文设计了子孔径内像差校正、子孔径间复振幅形位误差校正、及子孔径间共相综合的算法流程。首先,分析了各子孔径波面间的形状和位置误差,及已有的以相似变换模型估计子孔径间波面形位误差的方法的局限性,证明了基于瞳面场拼接的综合共相方法的结果存在较大的误差。针对该问题,提出了一种新的像平面干涉数字共相算法,该算法以干涉成像原理为基础,先在像面校正各子孔径复振幅的形位误差,再结合优化算法校正各子孔径间的共相误差,逐步实现高分辨成像,避免了仅以相似变换模型根据像面变换关系求解瞳面场变换关系的不准确性,因而具有更优的综合效果和更广阔的应用范围。针对子孔径和综合后的重建像中散斑噪声的问题,分析了相干成像中的散斑模型、多帧平均抑制散斑的原理、以及散斑像的乘性噪声模型。在此基础上,针对实时性应用要求,对于单帧数字全息图或孔径综合后的高分辨像面场,提出了一种采用不同tip-tilt相位调制的抑制散斑噪声的平均方法。该方法能够在几乎不降低重建像分辨率的前提下实现散斑的抑制。此外,提出了将该方法作为BM3D(Block-Match and 3D filtering)去噪算法的预处理算法,在尽可能保留分辨率的前提下实现了较好的散斑噪声抑制。最后,研制了分布式全息孔径成像试验系统,通过移动全息孔径模拟2×2阵列的分布式孔径成像,实现了四孔径分布式全息孔径成像探测,采用上述算法和流程实现了四孔径综合高分辨成像。相比单一子孔径成像,分布式全息孔径成像系统的分辨率和信噪比都得到了极大的提升。理论和实验证明,分布式全息孔径成像能有效地提高系统的分辨率,是一种非常有潜力的成像技术。