无透镜成像技术是一种直接使用光电探测器进行成像的技术,它能够在一定程度上取代相机透镜,无透镜成像的实质,就是用数字图像处理的方法从一些光学编码的原始图像中提取可视化有用信息。在没有透镜的情况下,图像传感器仅记录场景的平均光强度,而无透镜成像方法却可以根据传感器的测量结果来还原图像。无透镜成像的优点在于替代了传统的光学透镜,使成像系统更加小巧,有利于光学成像系统的小型化发展。本文是基于无透镜成像技术的菲涅尔光圈成像设计,提出的菲涅尔光圈成像方法,能够在图像重建算法的帮助下从光电探测器测量值中直接还原图像。菲涅尔光圈成像系统的关键在于菲涅尔光圈的设计和图像重建算法的设计。首先,物体发出的光线经过探测器前方仅几毫米处的菲涅尔光圈,被菲涅尔光圈编码的光线投射到图像传感器上,形成不能被人眼识别的阴影图像;然后,采集探测器的原始图像数据,在计算机图像处理过程中给其叠加一个与真实菲涅尔光圈有特定角度偏差的虚拟菲涅尔光圈就会形成莫尔条纹;使用条纹相位扫描法可以分离出莫尔条纹中的信号分量和噪声分量,同时本文还在条纹相位扫描法的基础上开发了二次扫描方法,提取出的信号分量更加准确;最后,将提取出的信号分量进行二维离散傅里叶变换和零频点调整,再使用几何均值滤波器去除噪声并进行直方图均衡化即可重建出目标图像。本文对菲涅尔光圈成像系统进行了仿真分析及系统测试。根据单点源的仿真和图片的仿真,分析了菲涅尔光圈实现无透镜成像的可行性,为后续的实验开展提供了理论和算法保障。在实验室现有基础上,搭建了菲涅尔光圈红外成像系统,并对其成像特征进行了分析,如最小成像距离、成像范围、成像效果等,还对影响成像的因素进行了探讨,在此基础上进行了优化,有效提高了系统的成像质量。实验结果说明,利用菲涅尔光圈成像系统进行的无透镜成像取得了一定的成果,其红外成像效果明显,为红外探测器的小型化、集成化研究提供了新的参考。这项技术未来在物联网、天文学、生物医学等领域将有巨大的应用潜力。