随着光电系统的迅速发展,同时兼具高空间分辨率、大视场的光学设备成为使用者与科研人员不懈努力追求的目标。而大视场与高分辨率之间的矛盾一直是光学研究人员重点关注的问题,传统的单孔径成像系统难以突破这个限制,即使达到高分辨大视场的成像效果,系统的尺寸与复杂程度却会大大提升。多孔径成像系统采用多个相邻视场重叠的子孔径,在通过拼接子图像来增大视场的同时,由于子孔径采集的图像具有混叠信息,超分辨重构技术可以利用这些信息提升图像的分辨率,从而解决传统光学系统大视场与高分辨率之间的矛盾。仿生多孔径红外成像系统的发展前景良好,具有一定的研究意义和重要价值。本文设计了一套多孔径红外成像系统,系统具有3×3个子孔径,采用半视场交叠的成像模型,总视场角为36°×36°。透镜面型使用旋转对称的非球面面型。论文阐述了确定光学系统基本性能参数的方法并进行论证。对红外光学系统的几种结构型式进行分析与比较。确定仿生多孔径红外成像系统的总体设计方案,根据系统的对称性将九个子孔径简化为三个光学系统,使用CODE V软件设计光学系统,并采用MTF、点列图等方式对光学系统的像质进行了评价,保证光学系统的成像性能满足要求。根据透镜数据设计了相应的机械结构与整个系统的光阑阵列。多孔径成像系统的超分辨重构技术主要包括子图像配准与图像重构两个部分,本文建立了一个超分辨重构算法。首先通过尺度不变特征提取算法将图像进行初步快速配准,减少了光照变换和仿射变换的影响。其次采用Keren配准算法使图像配准的精度达到亚像素级,从而满足图像重构的基本要求,并提升了后续重构效果。最后通过结构自适应归一化卷积超分辨算法将采集到的红外图像进行重构,此算法可以很好地保留图像的细节特征与边缘信息,实现了视场的拼接与空间分辨率的提升。最后开展了基础研究实验,实现了图像的超分辨重构,验证了本文所设计的仿生多孔径红外成像系统与图像处理算法的合理性和可行性,为后续在未来高空探测、交通出行、对地监测等领域的应用研究奠定了一定的理论基础。