光参量图像增强技术是光参量放大(OPA)的一项重要应用。在医学诊断、荧光成像、量子通信、光学遥感等领域有广泛应用前景。本论文基于光参量放大技术，对基于光参量增强的空间频率域图像融合技术、简并的光参量相位共轭图像畸变校正技术和同色目标的偏振识别技术进行了理论和实验的探索研究，主要内容如下:　　1、理论方面，建立OPA过程与空间频率传递函数对应关系模型，对不同相位匹配条件下的OPA输出图像进行频域融合以实现高保真光参量图像增强。现有单次光参量放大过程，空间频域的增益带宽受晶体接收带宽的影响，难以实现空间频率分量的无损传输与增强，本文通过理论分析非线性光学过程与空间频率传递函数转换关系，依据预先设置不同的相位失配参数，获得不同空间频率下的参量增强图像，进而通过空间频率域的融合获得高保真图像，融合图像与原始无损图像的相关度平均提升了12％，峰值信噪比(PSNR)平均提升了34％，为基于光参量的图像融合的进一步研究提供了数据支持。(发明专利申请号:2016105317958)　　2、实验方面，利用简并的OPA光学相位共轭与放大特性实现了通过混浊介质的畸变图像的修复与增强。非线性光学相位共轭技术可将经过散射介质后产生畸变的光学波前进行复原，本文基于大能量532nm皮秒泵浦激光和大口径非线性光学晶体KTiOPO4(KTP)（Ⅱ类相位匹配），对经过牛奶乳浊液后已无法识别的1064nm近红外光学图像，进行相位共轭修复，修复后的图像分辨率达12线/mm，同时，结合OPA过程的光学增益特性，实现了超过17 dB的光学图像增强，为现有三波混频光学相位共轭修复畸变所获图像增益的最大值。在此基础上，峰值信噪比(PSNR)较修复之前有160％的提升。考虑到光参量过程所具有的波长可调谐特性，在实际应用中，可根据需要，选择与生物组织的光学治疗窗口相匹配的成像波长，从而保证更长的穿透深度，提升生物组织成像和医学无损检测的效果（物理学报）　　3、结合OPA的偏振选择和信号增强特性实现同色目标偏振成像和增强。针对不同偏振度的物体，使用偏振入射光可以实现对物体的偏振识别，对多种不同材质（金属，塑料、胶布，布料和纸张）组成的目标进行表面偏振度表征之后，基于光参量放大过程，使用355 nm的皮秒激光作为泵浦光，携带不同目标样品图像信息的532 nm激光作为探测信号光进行了偏振成像与图像增强的实验研究，结果显示能够实现偏振选择的目标样品的图像对比度指标平均增加了1.76倍，同时获得了约62倍的光学信号增益，有效改善了图像质量，可望实现复杂环境中的微弱光学信号探测与成像。