实际情况中，光学成像系统受像差、非均匀传输介质等因素的影响，通常是一个空间变化系统。传统图像复原方法为了处理上的方便，大多将光学成像系统近似为空间不变系统，其对于空间变化特性大的成像系统的复原效果很差。因此，需要研究针对空间变化系统的图像复原方法。首先，本文对空间变化系统的点扩散函数（PSF）获取问题进行了研究。用主元分析PSF模型表征已知PSF，通过插值得到未知PSF的模型参数，从而获取空间变化系统所有视场的PSF。文中采用了多项式拟合、反距离加权、改进谢别德林及径向基函数四种插值方法，这些插值方法用Surfer10.0软件实现。基于ZEMAX中的Unobscured Gregorian系统，分别考虑离焦、主镜偏心、主镜倾斜、主镜变形四种降质因素，设计了四个空间变化系统，以进行仿真实验。结果表明本文所采用方法能够有效获取空间变化系统的PSF，其PSF均方误差能够达到10-6量级；四种插值方法中，改进谢别德林法的精度最高。其次，结合本文PSF获取方法以及Laplace正则化方法，构建了空间变化Laplace正则化图像复原方法。对空间不变及空间变化Laplace复原方法的正则化参数选择问题进行了讨论，发现可以直接采用空间不变复原方法的最佳正则化参数进行空间变化图像复原。最后，为验证空间变化复原方法的实效性，进行了两组仿真实验。其中一组应用前面所设计的四个空间变化系统进行实验，另一组用Hubble望远镜进行实验。用ZEMAX软件和TINYTIM程序计算相应空间变化系统的PSF，基于Matlab软件生成空间变化模糊图像并进行复原。本文综合运用主观评价和信噪比提升两种图像质量评价方法，以评价复原图像的质量，并对评价结果进行了分析。