大气湍流的动态扰动是使得大口径望远镜所观测到的目标像的分辨率大大降低的主要因素。为此，自适应光学概念被提出。自适应光学系统是由波前探测器、波前控制器和波前校正器所组成，实时探测和实时校正畸变波前，以得到接近衍射极限的目标图像。这其中，位相差异法作为一种新型的波前探测技术，以其独特的优势而得到广泛的应用。位相差异法于1979年首次由Gonsalves提出，该技术通过利用在光学成像系统的焦面和离焦面上同时采集到的一对图像来探测和恢复系统光瞳面上的波前位相分布。相对于传统的波前探测器，位相差异法的光路简单，系统复杂度不高；而且其在探测波前位相分布的同时，可以从系统退化图像中将真正目标提取出来，得到更高分辨率的目标图像。位相差异法的理论模拟如下图所示，利用MATLAB软件生成随机的畸变波前，模拟光学系统成像，获得原目标图像的焦面图像和离焦面图像；利用所获得的焦面图像和离焦面图像，根据非线性最优化算法来求解获得畸变波前的各项Zernike系数，重建系统光瞳面上的波前位相分布，并且重建和恢复目标图像。模拟结果表明，利用位相差异法能有效地实现对波前畸变的探测，进而恢复目标图像。