由于无衍射光具有中心光斑尺寸小、强度高、方向性好、传输距离远等特点，因而被广大研究者应用于空间直线度误差测量、激光精密加工、激光三角法测量、光学成像等方面。本论文使用轴锥镜来产生无衍射光，将其应用于普通成像系统中来达到景深延拓的目的，本文主要研究无衍射光成像机理和无衍射光图像的复原。本文介绍了无衍射光产生的几种方法，分析了它们的各自优缺点，并从工程测量，成像特性，成像机理等方面论述了无衍射光的研究进展，同时分析了将无衍射光成像系统应用于视觉检测的意义。针对加入轴锥镜的光学成像系统，利用傅里叶光学理论中广义光瞳函数来计算系统的广义光瞳函数，进一步推导了该系统光学传递函数（OTF）和点扩散函数（PSF），论述了不同离焦量对系统PSF的影响规律，并利用针孔法测量了系统的点扩散函数，验证了理论推导的正确性。在理论推导的基础上，采用ZEMAX光学设计软件设计了三种典型的无衍射光成像系统。将轴锥镜加入到初始系统后，将系统的各项几何像差达到最小作为系统的优化目标，如球差，慧差，色差等。通过比较发现只有基于双高斯结构的光学系统能同时满足景深拓展5倍和MTF曲线的截止频率为100lp/mm的要求。针对设计出的双高斯结构的无衍射光成像系统，利用ZEMAX软件从点列图、像差曲线、MTF曲线，模拟成像等角度分析了不同波长，不同视场，不同离焦量对成像系统的成像质量的影响。最后，针对实际加工出来的成像系统，进行实验成像，并与传统的系统进行对比，发现系统的景深得到了5倍的拓展，但系统所拍的图片不清晰，对比度很低，因而需要对无衍射光图像进行复原。针对轴锥镜成像系统的成像特性提出了一种基于多幅图像叠加与多尺度Retinex的无衍射光图像复原方法。图像复原的结果能够满足在线检测的要求。