散射介质广泛存在于自然界中,例如生物组织、云雾、烟雾、浑浊水体等。散射介质的存在严重影响光学成像的质量,这给医学诊断、自动导航、火灾救援及深海探测等高度依赖成像的领域带来巨大挑战。近年来,穿透散射介质成像受到越来越多的关注,如何克服散射影响实现清晰成像成为计算成像领域的研究热点。目前关于散射介质成像的研究方法有很多,这些方法各有利弊。本文将成像目标视为点光源的稀疏分布,分析点光源光场经过散射介质后的变化情况,通过对模型预测的目标散射光场与实测光场之间的差异最小化实现目标图像的最优估计。光场是光强在空间中的传播和分布,需要在一个高维（通常是四维）空间中描述,这个四维空间通常被称为相空间。基于上述两种光场模型,论文完成了如下的研究工作:1.基于Wigner函数光场模型的穿透散射介质目标重构。首先从光场的Wigner函数模型出发,通过光的正向传播推导出点光源经过介质散射后的光场分布。将成像目标从离散采样的角度看作三维空间中多个点光源的集合,目标经过散射后的光场分布就是点光源经过散射后的相空间函数的叠加,由此得到散射后光场的预测值。然后搭建4f空间滤波系统进行光场数据采集,通过改变4f系统频谱面上通光孔径的位置来实现对光场角频率的采样,使用面阵相机记录不同角频率下的光场二维空间分布,得到目标经过散射后的实测光场数据。最后通过构造线性回归问题使预测光场与实测光场数据之差最小化,此时对应的点光源稀疏分布即为重构出来的目标。2.实验系统中对通光孔径的控制通过数字微镜器件（Digtial Micromirror Devices,DMD）实现。由于DMD中像素分布的周期性,光路存在显著的衍射效应。通过分析DMD的衍射特性,选择合适的入射角使得衍射极大与闪耀方向重合,以保证系统有较高的通光效率。3.基于双平面光场模型的穿透散射介质目标重构。首先在限定成像视点的情况下分析推导点光源经过介质散射后的空间分布,并通过视点移动引入对光线方向的采样,从而构造了几何光学成像框架下散射后光场的预测模型。然后通过相机多次平移后成像进行目标散射后光场的实际数据采集。最后采用与前一个工作类似的最优化问题求解实现目标的三维重构。通过对多点目标和连续发光目标的仿真和实验验证,证明了该方法的可行性。该方法的优势在于理论上对照明的波长和相干性没有要求,系统上仅需要一个可移动相机而无需复杂的光路结构,为将来进行室外场景的目标重构奠定了良好的基础。