太赫兹时域光谱(THz-TDS)成像技术可以有效实现毫米或亚毫米量级的透射成像,解决THz-TDS近场高分辨率成像技术的亚波长成像距离问题,降低成像系统复杂度。对受限于衍射极限理论THz-TDS成像空间分辨率低、成像过程中实验噪声、太赫兹源功率抖动和介质不均匀导致图像噪声严重、对比度低和图像细节模糊问题,研究了THzTDS成像及图像去噪、增强和图像分辨率重建算法,实现了滤除噪声、增强图像对比度提升图像细节和图像分辨率的提高。首先,研究将THz-TDS成像系统透射变量(光谱,光束发散度,聚焦深度和吸收系数)纳入到高斯波束分布中,建立了THz-TDS成像系统的点扩散函数(PSF)模型,通过PSF与被测目标函数卷积建立太赫兹成像函数,并对成像系统噪声和成像质量进行仿真,仿真实验证明,仿真的太赫兹图像表现出很高的准确性。其次,针对太赫兹源功率抖动和介质不均匀等引起太赫兹图像噪声严重的问题,提出了一种基于自适应双边滤波的太赫兹图像去噪算法,实现了保留边缘信息且有效滤除噪声,提高了峰值信噪比(PSNR)。同时,针对小波域非线性处理结合多尺度Retinex(DWT_MSR)的太赫兹图像对比度增强算法增强后图像细节表现不完全问题,利用多尺度细节提升方法对DWT_MSR进行了改进,实现了增强图像对比度提升局部细节信息,提高了视觉信息保证度。最后,研究通过稀疏表示、非局部自相似性和梯度正则化约束的图像超分辨率重建方法实现低分辨太赫兹图像的高分辨率重建。通过非局部自相似性正则化约束和联合优化(JOR)模型的梯度先验正则化约束提出了一种单幅图像超分辨率(SISR)重建模型,对SISR模型进行多变量优化,实现了模糊低分辨率太赫兹图像良好的高分辨重建,重建后高分辨率图像边缘和细节更清晰。