为满足军事侦察和对地监测对高分辨率成像的迫切需求,高轨道环境侦察、监视、测绘技术应用对遥感卫星图像的分辨率质量提出更严苛的要求。但以往的折射式/反射式空间载荷已无法全面满足光学系统的综合需求。而衍射系统主镜采用超薄可控薄膜材料,为光学成像系统的轻量化发展提供了可靠的理论支撑和方向。可通过衍射成像原理分析不难发现:跟传统的光学成像系统比较而言,衍射光学系统成像的信噪比较低,且MTF存在复杂的空变特性。同时由于衍射光学元件受到工作环境和量化加工误差的影响,衍射成像系统图像退化特性更复杂,经系统退化后的图像无法满足衍射系统实际工程应用的成像需求,则要依据衍射成像系统的退化特性来设计更有针对性的去模糊复原算法。本文针对这些问题,开展了光学衍射系统图像退化特性分析及对应复原技术研究,主要工作内容如下:1.衍射透镜的成像特性分析。本文从光学衍射成像基本理论出发,分析了衍射图像存在的色差和空变模糊等特性,搭建出衍射成像系统的退化模型,并进行仿真软件开发。然后利用衍射图像仿真退化软件构建了包含模糊图像和清晰图像的衍射图像数据集,可用于后续基于深度卷积神经网络的图像增强算法研究。2.研究针对衍射图像的去模糊增强方案。根据现有的空间金字塔匹配算法和图像增强网络框架,建立了针对具有复杂退化特性的衍射模糊图像的增强模型。以保持图像的纹理细节和缓解复杂空变模糊为优化目标,利用子网络对退化图像进行分块特征提取和去模糊,最终达到多阶段渐进式去模糊。3.在使用衍射光学系统成像时,图像存在严重的色差和像差问题。而现有的网络复原框架存在引入伪影干扰问题。因此设计了自监督注意力模块,并与通道注意力相配合,提升网络性能。对注意力机制引入清晰图像的监督,使得各阶段子网络更关注提取到的有效特征,并向下一阶段传递残差信息和局部特征,各阶段子网络各有侧重又互相配合。同时利用多阶段子网络对图像进行分块特征提取,并对编解码器结构引入了跨阶段特征融合机制,以解决图像空变模糊问题。4.对多层次网络堆叠方式进行实验探究。针对本文设计的基于自监督注意力机制的多阶段图像复原网络,根据水平堆叠范式扩展其网络深度,如此也进一步提升了针对衍射图像去模糊的性能。通过多组对比实验验证了网络水平级联堆叠范式的有效性,也达到了改善衍射图像质量的目的。