材料的电磁特性和微观形貌结构、缺陷检测和局部成分变化是影响材料特性的重要参数,光学显微镜只能反映出材料表面二维微观形貌特征,而无法反映其电磁性质和材料特性,另一方面,光学显微镜受限于波长限制,无法观察到更高分辨率的细节信息。近场显微术的发展很好地弥补了光学显微镜的不足。本论文基于近场微波理论,对近场扫描微波显微系统与样品之间的响应关系提出一种新的模型。结合近场扫描微波显微系统三种不同工作模式:点扫描模式、线扫描模式和面扫描模式,提出一种新的近场扫描微波显微系统的面扫描图像增强方法。此算法的前提基于减小探针-样品间距以得到清晰度更高损失更小的微波成像。按照近场扫描微波显微系统的模型,近场波的振幅在自由空间中按指数模型衰减,由此探针-样品的距离越近,测量得到的结果更加精准,面扫描成像的效果也越清晰。这种针对近场图像的优化方法的流程如下:首先,进行点扫描实验,采集样品和谐振腔之间随距离变化的响应曲线,再进行面扫描实验,得到一幅原始图像,原始图像反应在通常实验条件下探针与样品间距并非出于最佳距离得到的实验结果,再根据点扫描响应曲线进行回溯,将图像整体范围迁移到探针-样品间距的零点附件,得到更清晰的近场微波扫描显微系统优化后图像。再运用近场线扫描模式的思想,通过对比原始图像与优化后图像中的特征峰得到优化效果。本论文分析近场扫描微波显微系统核心部件-谐振腔探针与样品-的模型进行建模仿真,通过仿真结果中的电场分布验证了理论计算中近场微波的穿透能力。选择印刷电路板为穿透实验的样品,在电路板上覆盖一层聚乙烯醇薄膜作为穿透对象。实验过程中调整探针针尖-样品的间距,得到效果最佳的近场微波穿透图像,再引入了近场图像增强算法,对近场微波穿透图像进行图像优化。优先考虑利用谐振频率进行图像优化,再发掘相位图像也可以根据近场图像增强算法进行处理,最终得到较好的穿透扫描图像结果。