相位是波场的一种内在特性,研究表明四分之一左右的信息在振幅中,而大约四分之三的信息则在相位中。在实际中,采用现有的检测器设备,仅能直接测量波场的强度,而不能同时测量波场的相位。这些丢失的相位信息在表面重建、显微镜学、位置检测和深度测量中至关重要。利用己知的强度信息获得这些丢失的相位信息,这就是相位恢复技术,在不同的物理学分支学科以及工程应用中有极其重要的意义。相位恢复技术目前主要包括GSF(Gerchberg-Saxton-Fienup)迭代算法和基于强度传输方程(Transport of Intensity Equation, TIE)的确定性求解算法。由于TIE方法只需要测量与光轴垂直的二到三个平面上的强度,就可通过求解二阶微分方程(亦即用非迭代的确定性算法)来重构波的空间相位,克服了迭代算法的迭代不确定性、抗噪性能差等缺点。因此,本文主要对在强度测量基础上的相位恢复进行研究。重点研究和分析了求解TIE的多重网格算法,该算法从强度信息中恢复出来的相位解是精确解。本文主要研究工作和贡献如下所示：(1)探讨了基于TIE的确定性相位恢复算法。对求解TIE的四种经典的算法进行了介绍,如傅里叶法,Green函数法,Zernike多项式法以及多重网格法。并对多重网格的数学计算进行了描述。(2)重点研究和分析了基于TIE的多重网格算法,提出了一种改进的多重网格算法。该算法的主要思想：从最粗层开始计算,给定初值,迭代出一个解,将此解作为最细层的初值,然后在最细层计算出一个近似解。接着计算其残差,并将残差限制到较粗网格层求解,直至最粗层,然后逐层修正细网格层的解。利用循环在粗细不同的网格层来消除不同频率的误差分量,得到相位的精确解。对改进的多重网格算法进行了模拟实验,实验结果表明,该算法提高了相位恢复的精度,并具有一定的抗噪能力。另外,还搭建了图像数据采集实验平台,利用平台拍摄真实散焦图像,并用改进的多重网格算法进行了真实实验。实验结果表明,该算法能够较好的从强度图像恢复物体的真实相位。(3)研究了利用多幅散焦图求解TIE恢复相位的算法。对求解TIE过程中的重要参数的计算进行了分析,即强度微分的计算,将之用于改进的多重网格算法。实验结果表明,该算法进一步提高了抗噪性能。并通过搭建的实验平台进行了真实实验,实验结果表明,该算法能较好的恢复物体的真实相位。(4)介绍了基于TIE的相位恢复系统。该系统包括了求解TIE的四种经典算法,重点介绍了系统中多重网格算法的实验操作。该系统软件界面简洁,直观,操作简单方便,并申请了软件著作权。