随着人们对高质量图像需求的不断增加,现代光学成像系统的设计日益复杂。为更好地消除透镜成像的像差所导致的图像模糊,单反相机的镜头可能包含数十个不同类型的镜片的组合,镜头设计的精密度也越来越高。但是如此精密的镜头设计在提高成像质量的同时,也存在设计复杂、价格昂贵、体积笨重等问题。计算摄影技术是近些年新兴的一种摄影技术,该技术基于大量的计算,并结合数字传感器、现代光学和激励器,创造性地利用巧妙的光线来摆脱传统相机的限制。受到计算摄影技术的启发,本课题旨在采用轻便实惠的单透镜代替单反相机沉重昂贵的组合镜头,而针对由单透镜成像像差所造成的图像模糊,转而采用较为成熟的图像复原算法进行修复,从而得到能与传统光学补偿方法相媲美的成像质量。本文提出一种单透镜高质量计算成像技术,主要研究内容和工作可以概括为以下几个方面:(1)设计一个单透镜成像系统,即制作只包含一个凸透镜片的相机镜头。分析透镜成像原理,了解单透镜成像像差导致图像模糊的具体过程,并将单透镜成像的像差校正转化为图像复原问题。(2)分析单透镜成像系统模糊核的具体结构特点,提出针对单透镜成像的模糊核结构组合先验。分析彩色图像的颜色变化以及不同通道之间的颜色变化趋势,提出图像颜色平缓变化先验。(3)针对由单透镜成像系统所得到的模糊图像,本课题设计采用一种基于最大后验概率的盲卷积图像复原算法,提出新的模糊核结构先验与图像颜色平缓变化先验,以增加所估计的PSF的精确度,进而提高最终图像复原质量。(4)提出了针对实际应用的一种PSF快速标定算法,增加了单透镜计算成像系统投入实际生产使用的可能性。单透镜计算成像无论是在图像处理领域还是光学设计领域都是比较新颖的研究课题,具有重要的研究价值和广阔的应用市场,本课题还处在初期的探索阶段,要形成最终成熟的应用技术,还需要更具创新性和大量细致的工作。