计算光学成像技术是近年来国内外所研究的一种新型成像技术。相比较于传统的成像系统,计算成像使用光学设计与图像处理相结合的特殊方式,系统不对目标直接成像而是仅以某一种方式记录目标信息,再经由后续数据计算方法重构得到最终图像。这种新成像方式开发了传统光学成像的潜力,并弥补了很多传统光学系统的不足之处。本文主要研究三种典型计算光学成像系统,包括波前编码系统、光场相机系统、棱镜阵列多尺度成像系统。首先在光学设计软件中建立系统的仿真模型得到较为准确的仿真结果,而后研究系统成像的特性,找到图像重构的方法,接着编写重构程序将仿真系统或者实际系统采集的图像进行重构,最后采用合适的评价方法评价重构结果的优劣。主要内容包括:1)红外双波段波前编码系统图像重构。首先设计出三次相位掩模板,在仿真软件中得到成像结果,而后对仿真图像进行复原验证波前编码的离焦不变性。在实际红外双波段光学系统中加入掩模板,采集5m平行光管的点目标作为点扩散函数,对采集的其他目标图像进行去卷积,然后采用全变分法对结果降噪,计算图像信噪比验证重构效果。2)基于微透镜阵列的光场相机系统图像重构。首先研究参数化的四维光场的记录和传输过程,而后分析系统的成像特性。接着采集实际光场相机系统成像,采用积分投影算法、频域重聚焦算法和缩放插值算法分别对图像进行重构得到一系列重聚焦于不同深度的图像,以测试鉴辨率板的方式对结果进行评价。3)棱镜阵列多尺度成像系统图像重构。首先利用Zemax光学设计软件中系统的设计结果得到折射率、倾斜角和焦距等参数,而后构造出棱镜畸变的函数,建立相机成像的模型,接着利用实物相机拍摄的图像对相机参数进行模型参数的标定,然后对拍摄图像进行畸变校正,将经过畸变校正的图像利用Surf算法拼接配准并插值到新网格中,最终获得高分辨率的大视场图像。三种不同的系统均为计算光学成像系统,研究其重构工作可以获得更好的成像质量。