光子集成干涉成像技术是一种将干涉原理和光子集成电路技术相结合的新兴探测成像技术。光子集成干涉成像系统利用极薄的微透镜阵列和光子集成芯片代替传统空间光学望远镜的大型光学元器件和庞大支撑结构,大大降低了成像系统的尺寸、重量和成本。与此同时,光子集成干涉成像系统能够通过使用较少的测量值实现高质量图像重构。因此,光子集成干涉成像系统有望代替传统空间光学成像系统实现远距离探测,并在天文学和空间科学领域中具有非常重要的潜在价值。本文主要研究了光子集成干涉成像系统的干涉探测成像原理,影响空间频率覆盖的微透镜阵列以及图像重构方法。空间频率覆盖决定了光子集成干涉成像系统直接复原图像的质量,而图像重构方法影响了重构图像的质量。论文的主要内容包括如下几个方面:首先,阐述了光子集成干涉成像系统的研究背景与意义,并且介绍了光子集成干涉成像系统以及干涉探测图像重构方法的研究现状。从不同的理论知识出发,研究了光子集成干涉成像技术的干涉成像原理。光子集成干涉成像系统的工作结构主要分为三个部分:微透镜阵列、光子集成芯片以及数字信号处理。光子集成芯片上的集成器件主要包括光波导阵列、阵列波导光栅、相位调制器以及多模干涉仪耦合器等。从相干成像理论知识出发,研究了光信号在光子集成干涉成像系统中的接收采样过程、传递过程、干涉测量过程以及成像过程。然后,研究了光子集成干涉成像系统的微透镜阵列排布方式和微透镜配对方法对空间频率覆盖的影响,分析了空间频率覆盖与光子集成干涉成像系统成像质量之间的关系。介绍了传统的微透镜阵列排布方式和微透镜配对方法,并对传统的微透镜阵列排布方式和微透镜配对方法进行优化。根据微透镜阵列、空间频率覆盖以及系统成像质量三者之间的关系,提出了新型的微透镜阵列排布方式和微透镜配对方法。最后,分析了光子集成干涉成像系统的测量模型。研究了压缩感知的理论知识,并建立了基于压缩感知的光子集成干涉成像系统的图像重构模型。研究了卷积神经网络算法,设计了针对光子集成干涉成像系统的卷积神经网络结构,并建立了基于卷积神经网络的光子集成干涉成像系统的图像重构模型。分别从优化后的微透镜阵列排布方式,优化后的微透镜配对方法以及两种图像重构模型对光子集成干涉成像系统进行仿真分析。