剪切光束成像（Sheared-beam imaging,SBI）是一种采用相干激光照明和回波相干接收的计算成像技术。其成像原理上具有一定克服大气湍流的能力,并且通过对接收阵列的扩展,系统能够达到传统光学成像系统难以实现的大等效口径,在地基对远距离暗弱目标高分辨率成像方面有着独特的优势。本文以提高SBI成像质量的关键技术为主要研究内容,从成像原理、系统构成、成像质量影响因素和室内实验验证等多个方面,对该技术进行了系统的研究和讨论。本文主要工作和成果有:通过对剪切光束成像技术基本原理的研究,推导出成像系统分辨率与探测器阵列基线长度的具体限定关系,利用计算机仿真验证了分辨率理论的正确性。研究了目标频谱振幅信息在图像重构中所起的作用,得出了该成像技术成像质量主要受回波信号相位影响的结论,为后续成像质量影响因素研究指明了方向。同时,提出一种适合评价剪切光束成像图像质量的无参照图像质量评价方法。在对SBI系统内影响成像质量的因素的研究中,根据理论分析和仿真结果,提出了SBI高质量成像所需的光束能量配比方式。针对激光频率误差对目标频谱的影响,提出了相应的频率解调方法和频谱校正方案。此外,建立了SBI发射系统剪切误差影响模型,分析了剪切量误差对成像质量的影响机理,提出剪切量误差的限定范围。推导出剪切光束成像技术视场的计算公式,并提出了一种在有限探测器数目下实现对目标局部高分辨率成像的探测器阵列排布方案。最后分析了探测器阵列间隔误差对成像质量的影响。对多种常见的大气光学效应带来的图像降质影响进行了分析。利用多层相位屏模型模拟了近地25km大气对SBI光束传输的影响,研究了不同激光发射孔径和成像距离下相位起伏对目标面上激光波前质量的影响。最后提出了利用激光共孔径发射方式抑制多种大气湍流效应影响的成像方法,并通过理论推导和计算机仿真验证了其在湍流影响抑制方面的能力。分析了目标形状及表面特性对回波散斑场的影响。研究了目标纵深导致的激光回波信号降质机理,利用计算机仿真了目标纵深和激光频差对SBI成像质量的联合影响。最后,对目标运动为SBI成像带来的影响进行了分析,并提出一种利用回波信号频率变化推算目标速度的方法。对SBI图像中散斑噪声来源及特性进行了研究,提出了一种基于形态学滤波的散斑图像精准配准方法。通过获取散斑图像形态滤波后图像之间的变换关系,对原始散斑图像目标区域进行对齐操作,最后以多幅图像叠加平均的方法消除图像中的散斑噪声。该方法能够避免孤立散斑颗粒的干扰,从图像全局考虑,使图像中目标区域配准精度得到提高,进一步提高了图像质量。实验结果显示,图像对比度噪声比平均提升了约8%。最后,设计并搭建剪切光束成像室内验证系统,开展SBI成像原理验证实验和成像质量影响因素研究实验。本文研究的剪切光束成像系统参数设计、湍流和目标对激光回波信号的影响模型以及散斑噪声消除方法等,对提升SBI成像性能奠定了一定的理论基础,对剪切光束成像技术的进一步发展起到一定的推动作用。