基于透镜成像技术的成像分辨率越来越高,但由于同时受到成像设备中的透镜数目、聚焦等因素的影响,成像设备的体积不断增大,限制了基于透镜成像系统在某些场景的应用。无透镜成像作为计算成像的重要分支,突破了传统透镜成像的限制,极大的减小了成像系统的体积、厚度以及重量,并扩展了成像系统的应用范围。本文主要研究无透镜成像中的压缩编码孔径成像,从光学和数学的角度分析其成像原理、成像架构、编码图案和重构算法。本文主要工作及创新点如下所示:（1）在压缩编码孔径成像系统中,从测量值中重构原始图像的前提条件是需要明确原始图像到传感器之间映射关系,即需要对成像系统进行标定。标定的目的是为了减少成像过程中出现的偏差和不确定性,是实现成像设备从记录的测量值到高精度成像映射的关键步骤。在压缩编码孔径成像系统中,由于测量矩阵的维数过大导致标定测量矩阵常常需要大量的标定输入信号,标定工作量大且异常耗时。为了从少量的标定测量中实现测量矩阵的高精度标定,本章提出一种压缩标定方法,该方法首先通过压缩标定方法对测量矩阵进行标定,再利用标定后的测量矩阵与测量值重建稀疏信号。最后通过数值实验验证本章方法的有效性,实验表明压缩标定方法可以有效地提高标定精度并减小信号重建误差。（2）自然场景压缩成像利用自然界中大多数场景具有的稀疏性先验,可以通过较小焦平面阵列上记录的低分辨率测量值实现高分辨率成像。本章提出一种面向大尺寸自然场景的压缩成像系统实现方案,具体涉及光学成像系统的设计、传输矩阵标定和压缩重建算法。首先,通过可分离压缩感知降低成像传输矩阵的自由度,从而降低测量矩阵的存储空间和标定工作量大小;其次,针对可分离的成像传输矩阵,设计一种分离式标定方法,分别实现左右可分离测量矩阵的标定;最后,通过标定后的成像传输矩阵与记录的低分辨率测量实现高分辨率重建。（3）从第四章中的可分离压缩编码孔径成像理论出发,完成适应于自然场景可分离压缩编码孔径成像的真实实验系统设计与实现。完成编码掩模的制作,搭建可分离压缩编码孔径成像的实验平台,对真实物体进行重构。在该模型基础上验证不同目标场景因素,如编码掩模到传感器的距离、编码掩模到目标场景的距离、编码掩模的孔径尺寸、孔径数目、实验环境的光照强度等对实验的影响。实验结果表明本文所提出的压缩成像方案的有效性,成功实现自然场景压缩成像系统的标定与快速重建,为建立新一代相机设计提供思路与借鉴。