随着人类进入信息化时代,人们对于高清晰度图像的需要也日益提升,光学系统设计变的越来越复杂,复杂的光学系统和精密的加工要求势必导致加工成本的提高,除此之外还会导致镜头的重量和体积增大,而在某些特殊场合如航空侦查等领域,由于平台负重量有限光学系统的重量会受到严格限制。本文提出一种单透镜光学系统成像方法,将光学像差理论与图像复原理论结合起来。由于单个透镜成像质量很差,必须使用图像复原算法对单个透镜形成的低质量图像进行恢复,以提高整体的成像质量。根本目的是减少成像时光学系统的光学校正负担,降低光学系统复杂程度。全文围绕单透镜成像模糊特点以及像质提升方法展开研究,主要工作内容如下:(1)从光学像差理论出发分析了单一透镜成像模糊特点,讨论了单透镜光学系统像差对于成像质量的各种影响,研究了单透镜成像系统的图像退化模型。(2)对单透镜成像系统的点扩散函数以及模糊图像进行了仿真,针对仿真得到的灰度模糊图像的特点设计了单一颜色通道复原算法,引入了图像二阶导数矩阵的稀疏分布先验,并应用该算法对单透镜所成灰度图像进行了复原。(3)针对单透镜所成彩色模糊图像存在较大像差的问题,通过建立多个颜色通道内图像灰度矩阵的关系提出针对色差的复原算法。利用本文所提算法对含有色差的退化图像进行复原,并与同类型的图像复原算法的恢复效果做了比较,形成单透镜成像系统应用于多色成像系统的像差校正方法。(4)制作了使用一片焦距为120mm,口径尺寸为30mm的平凸光学镜片作为镜头的光学相机。搭建了单透镜成像系统点扩散函数的测量系统,在光学暗室中对点扩散函数进行了测量和实拍成像,使用采集得到的点扩散函数对实拍的单透镜模糊图像进行复原,验证本文所提算法有效性。本文实现了单透镜系统成像验证,验证了单透镜成像系统方法可以用于减小成像系统光学器件总质量,对轻型成像系统应用有重要参考价值。