相位恢复是指由信号傅立叶变换或其它线性变换的幅值恢复原始信号。通常观测设备只能测量到信号的强度信息,造成相位丢失,然而相位中大约包含整幅图像75%的信息,因此恢复图像的相位在图像处理中尤为重要。本文主要从三个方面研究相位恢复在光学领域中的应用。首先,研究在无透镜情况下使用可调谐激光器调谐出不同波长的激光,用其照射物体并投影到观测设备上,记录这些激光对应的衍射模型作为先验实现相位恢复,这种方法避免对物面或不同位置的衍射屏面上施加约束。激光的单色性较好,可将其看作理想光源。本文将相位恢复算法的保真项与全变差正则项相结合,提出理想光源条件下基于全变差的多光源相位恢复算法,通过求解最小化问题实现相位恢复。实验结果表明,该算法能有效提高图像重构质量且对噪声鲁棒。其次,由于激光作为实验光源的成本较高,并且不便于携带,本文研究使用价格低廉的发光二极管作为光源,进一步简化光学系统、降低实验成本。发光二极管的光谱波宽范围大约为60nm,仅用中心波长近似此宽频光谱会丢失大量信息。本文使用光谱多路分解方法解决此问题,将宽频光谱分解为多个窄带光谱,分解的窄带光谱个数越多越能逼近二极管实际光谱。本文在光谱多路分解的基础上融合全变差正则项提出新的代价函数,并用交替方向乘子法求解不理想光源条件下的相位恢复优化问题。实验结果表明,该算法对图像的重构效果有所提高。最后,由于相位恢复问题是一个非凸优化问题,在求解时不能使用凸优化方法或直接令导数等于零求得最优解,这使得计算面临着巨大挑战。本文在光谱多路分解的基础上,用极大极小化算法构造非凸保真项的凸代理函数,对其施加全变差正则化约束,使用梯度投影法求解此问题。通过对多幅图像进行实验,体现了该算法的有效性。