目前在多个领域对于光学成像探测的要求越来越高,高清晰、高分辨率图像的获取在很多方面成了目标识别的重要手段。随着光学领域各项技术的发展,尤其是探测器技术的长足进步，使得获取高质量图像成为可能，但是高分辨率的图像信息势必伴随着所需的存储、处理资源也同步增长，同时对光学系统参数的要求也越来越高。然而在一些特定领域，如航空航天、生产线在线测试等，所能提供的硬件及软件资源非常有限，高质量图像与有限资源之间的矛盾尤为突出。传统光学成像的模式主要针对获取图像的可视性，即要求光学成像系统在采样时就能获取高质量的、人眼可直接识别的图像，对于图像处理，大多仅限于对于模糊图像的恢复手段，也就是说，光学成像系统与图像恢复并没有作为统一、完整的系统综合考虑，从而造成很大的资源浪费。在此背景下，本文将光学系统与计算机数字图像处理系统结合在一起进行综合优化，在传统光学成像系统中增加光学编码器件，利用相位编码技术对光信息直接进行编码，经探测器采样后，再通过计算机进行信号重构，获取高质量的可视图像。不同于传统成像方法“先采样，后处理”的信号处理方式，本文所涉及的是一种“先处理，后采样，再复原”的新型计算成像方法，即将光学系统作为信号处理的一部分，探测器采样的是经处理后的压缩信号，降低采样信号总量，减轻探测资源压力，通过数据重构仍然可以获取高质量图像。主要功能包括：(1)降低采样数据量；(2)低分辨率信号采样,高分辨率信号恢复；(3)突破衍射极限成像。本文所涉及的计算成像方法主要是对光信息进行相位调制，传统光学成像系统中绝大多数对于光信息的相位特性考虑较少。相比振幅调制，相位调制对信号的强度损害较小，探测到的信号信噪比较高，更有利于探测微弱信号。我们分别针对相干光成像和非相干光成像这两种情况，讨论了两种相位编码成像方法，分别是频谱面相位编码成像和相位编码随机投影成像，利用光学器件实现数据压缩，实现信号的低分辨率采样，高分辨率信号复原。优化相位编码板设计，使其更易加工实现。计算模拟其成像效果。以上两种成像系统均可突破传统成像系统信息总量受空间-带宽积的限制，可实现信号的低分辨率采样，高分辨率恢复。频谱面相位编码成像采样率在25%左右，而相位编码随机投影成像理论上也可实现25%的采样率成像。但本文采用线扫描的方式，应用了一个维度的稀疏度，进行了成像模拟，结果表明，对于复杂图像，采样率在50%时，就可以取得较好的成像效果，对于信号稀疏度较大的情况,采样率可以更低。同时，通过仿真发现，在不考虑噪声的前提下，该成像方法所复原的图像空间频率响应曲线(SFR)，在中高频段的响应率高于传统成像的衍射极限。数值仿真验证了上述两种成像方法的可行性，特别是简化后的相位编码板，其成像效果同样良好，具有一定的实际应用价值。