传统成像系统理论上只能感知特定位置处光场的强度信息,而光场是具有振幅、波前相位、波长等多种属性的物理量,只有获得光场的全部信息,才能够对光学系统的成像质量加以改善。一直以来,光场相位信息的获取是自适应光学的研究重点,近些年随着光场成像技术的发展,光场相机应运而生,光场相机能够同时获得光场的频率信息和强度信息,这一特点为我们提供了波前复原的新思路。本文将Wigner变换、模糊函数、分数阶傅立叶变换等传统信号分析算法,引入光学的波前复原算法中,提出了新型的波前重构算法,基本实现了对输入面的波前像差的复原。论文主要由三部分组成:理论分析、数值仿真、实验验证首先回顾了波前复原算法的发展过程,总结了各类方法的局限性。介绍了四维光场,以及四维光场信息两种简单的获取的方式,即针孔阵列采样和微透镜阵列采样。对比该四维光场和相空间光学的Wigner分布的内在联系,以及传统的哈特曼传感器结构也能够获得光场空间位置和空间频率的特点。基于这样的特点,阐述了利用Wigner分布进行波前重构的理论和实现方法。另一方面,分析了光在自由空间传输与分数阶傅立叶变换及Wigner变换的关系,介绍了利用相空间的模糊函数的相关定义计算得到输入相面的空间频率的关系,得到一种解析法重构波前相位的方法。然后,建立新型波前重构算法的仿真模型,获取微透镜阵列的光强数据,利用新型算法复原。对Zernike像差的单阶模式和多阶模式组合,以及影响复原效果的参数进行分析。数值仿真结果表明,该新型算法能够有效的复原入射波前相位;对于固定的相位平面,基于光场信息的哈特曼新型波前重构算法受到空间分辨率与空间频率分辨率的影响,同时空间分辨率和空间频率的分辨率自身相互影响,存在最优化的取值使得波前复原精度最高;在算法的有效动态范围内,应用该新型波前重构算法能够实现波前复原,误差较小。通过对基于分数阶变换的波前重构算法进行分析发现,该解析重构算法能够有效的复原入射波前相位;在允许的动态范围内,即当前10阶像差大小PV小于22.9285λ时,应用该波前重构算法能够实现波前复原,误差较小。最后做出验证性实验,在实验室现有条件下设计了系统光路图,搭建了光学实验平台,以验证基于光场信息的哈特曼新型波前重构算法的可行性。在实验室中利用校准好的平行光光源,及变形镜产生的各类相差进行波前探测和重构。实验结果表明该算法能有效地复原输入光束的波前,基本达到预期效果,可以证明该算法在波前重构中的可行性。相空间光学的Wigner分布和模糊函数能够同时表征信号的空间分布和空间频率的分布,将它引入波前复原中,提供了一个全新的思路,扩展了波前探测技术,有助于促进波前复原算法的发展。