随着成像科技的发展,图像以其直观展示与大容量传递信息这一属性,受到越来越多的重视。图像信息的产生、输运与获取,离不开波动性的光媒介。传统意义上的图像获取,就是利用光电探测芯片将空间压缩后的光场强度信息采集并记录下来的过程。光波除携带基于振幅的强度信息外,还包括波谱、波前、偏振、波矢等与目标和环境属性密切相关的多模特征信息,这些信息的捕获对高效探测识别复杂背景环境中的目标具有重要意义。测量图像的相关波前信息,可以揭示传播介质的扰动特征,进而基于波前畸变校正快速恢复甚至优化目标图像。传统光学仪器通常基于单一性的光强测量,发展新一代轻便灵巧的多模光学成像探测器就显得尤为迫切和重要,液晶材料则以其可电控的电光属性在发展相关功能器件方面显示出特殊价值。本论文主要开展了基于电控液晶微透镜阵列进行波前成像方法的研究。主要内容如下:首先,根据液晶材料的基本物性和商用液晶材料的典型性能参数进行功能化仿真,得到液晶器件其液晶分子指向矢分布、电势分布和相位延迟分布属性,进而依据仿真结果设计电极图案,经过工艺试验摸索得到合理的结构和工艺参数并制作原理样片,通过建立光学测试架构得到关键性的光学和电光性能及参数指标,为液晶器件原型的结构和参数优化奠定基础。然后,开展液晶基波前成像技术研究。传统的波前成像系统,通常由两条独立光路分别完成波前测量和图像获取,具有系统体积质量大、结构复杂、成像效能低等劣势。基于液晶材料的微透镜阵列在无电信号作用时仅能使光波产生特定程度的相位延迟,不会影响后续的光电探测操作。在液晶器件上加载电驱控信号,将显示基于阵列化微透镜的控光行为并用于成像光波的波前测量,实现波前和图像的电控一体化测量,完成液晶基波前成像系统通过启动和关闭液晶微透镜的波前测量和图像获取操作。考虑到波前基于单一波长这一物性,进一步讨论分析了光波段宽度对波前测量的影响,比较分析了复合光如白光波前与单色光如红光、绿光和蓝光等波前的测量结果,提出了将单色光波前转换为复合光波前的方法。鉴于波前分解和合成方法所得到的波前与目标波前具有高相似度,提出了使用白光源对目标执行波前成像的方法。针对完成波前测量后关闭液晶微透镜阵列,成像系统无法直接对景深外目标清晰成像这一问题,提出了液晶基波前成像景深扩展方法。通过调节加载在液晶微透镜阵列上的驱控信号,对具有不同物距的目标进行基于液晶微透镜的二次成像及简单的图像处理实现景深外目标的清晰成像。所建立的景深扩展法较传统方法可显示更为丰富的目标细节。最后,由于存在波前对目标深度不敏感而难以得到深度信息这一问题,开展了液晶基物空间深度测量方法研究。基于液晶微透镜阵列的电调焦属性,建立了电驱控信号均方幅值与目标深度的对应关系。通过采用Sobel边缘检测算子评价阵列化子图的成像效果,得到了清晰成像的最佳电驱控信号特征,进而开展了基于调变电驱控信号的目标深度标定研究,显示了液晶基物空间深度测量方法在测量目标深度尺度方面的有效性。