众所周知,描述光波场特性最重要的物理量有振幅、波长和相位等,但是最近科学研究却证实了绝大多数的光信息都被编码在相位分量中。由于,可见光的振荡频率约为1015Hz,无法直接记录光场的相位信息。目前的光学探测器通常依赖把光子转换成电子（电流）,只能记录光场的强度信息。因此,从记录的强度信息中恢复丢失的光场相位信息,即相位恢复（Phase Retrieval,PR）,在过去的数十年中已广泛应用于天文、光学和X射线等成像领域。相位恢复研究内容主要分为成像系统设计与相位恢复算法的设计。多强度相位恢复方法通过改变成像系统的光学参数,例如多距离,多掩膜,多旋转角度,多方向、多平移、多频率等,获取多幅强度图像完成相位恢复。然而,上述方法通常需要改变相机的物理结构,例如相机位置的改变等,精确移动或调整部分光学元件的空间位置,反复对齐调整,导致增加了工作量。此外,现有相位恢复算法或存在迭代速度慢,难以收敛到全局最优解的缺点,或存在恢复算法中数据维度过高,计算复杂度过大等不足,本论文重点研究以Wirtinger Flow为代表的最新相位恢复算法。本文主要围绕相位恢复的成像系统和相位恢复算法展开研究,其主要研究工作及创新点如下:（1）本文提出一种基于高速相位调制的菲涅耳场编码衍射图案实时获取方法,采用纯相位型硅基液晶或电可调透镜两种纯相位型空间调制器实现光场相位信息的快速动态调制,从而实时获取多幅编码衍射图案,最后利用Wirtinger Flow算法重建光场的复振幅,数值实验验证了本文方法的有效性和鲁棒性。该方案可用于高分辨率场景的高速记录,成像的结构变为简单且紧凑,减少重复操作和增加了校准率,具有重要的应用潜力。（2）本文主要是在使用纯相位型空间光调制器来调制不同衍射图案的远场和菲涅耳场的成像系统基础上,主要研究WF算法的基本框架,将其分别按照优化目标函数、初始化策略、梯度下降步骤对WF类算法分别进行分类。从优化目标函数方面:根据求解最初的相位恢复问题,通过最小二乘法,可以转变为求解基于振幅/强度的经验损失函数;而从初始化策略方面分为三大类:谱初始化、正交性促进初始化、其它初始化;最后梯度下降步骤有野值、中值等。然后综合比较WF类算法在不同优化目标函数、不同初始化方法以及不同梯度下降策略下的性能做一个全面的对比与分析,为后续的研究打下基础。模拟实验验证了该类算法的有效性和鲁棒性。（3）本章的主要工作是给出一种相位恢复的真实实验方案设计与从真实数据中利用WF相位恢复算法重建物体的复振幅。对于真实实验方案的设计,是运用纯相位型空间光调制器中的电可调透镜的远场成像系统进行设计的,将激光通过空间频率滤波器入射到物体上,然后快速有效调制电可调透镜的焦距,使得有限尺寸的透镜孔径可以覆盖更广和不一样的频率空间,获取多幅编码衍射图案;然后从获取的真实数据中去使用WF算法重建目标对象的复振幅。实验结果表明,真实实验验证了该类算法的优越性。