大气湍流和光学成像系统像差引起的波前相位畸变严重制约着地基大口径光电望远镜的成像分辨率,使其无法获得接近衍射极限的理想图像。同时,望远镜的成像分辨率也不会随着口径的增大而提高,从而限制了地基成像望远镜的探测能力。因此,发展具有抗波前相位畸变能力的天文望远镜是当前的首要任务。相位差异法正是针对波前相位畸变发展起来的图像复原方法,它利用成像系统焦面和离焦面通道图像存在的固定离焦相位差作为先验信息,通过多通道同时采集到的单帧或者多帧短曝光图像,联合估算波前相位畸变和恢复目标图像。具有解算非连续波前、检测高阶像差以及恢复扩展目标等诸多优点,是当前自适应光学图像复原关键技术之一。本文结合实验对相位差异算法进行了误差分析,提出了将泽尼克多项式倾斜项作为配准参数进行多通道图像自动配准的方法。在室内搭建了反射式相位差异实验平台,结合夏克哈特曼波前探测器设计了单相机高分辨率成像和相位估计对比实验,通过定量移动高精密平移台获得焦面和离焦面图像,并将解算的波前面形与夏克哈特曼波前探测器实测的波前面形进行对比,验证了相位差异法提高图像分辨率和正确解算波前相位的能力。实验结果表明,估算的波前相位面形和夏克哈特曼实测面形趋势有较好的一致性,恢复后图像分辨率提高了12%。在此基础上,完成了双相机相位差异散斑实验,多帧多通道实验恢复效果明显。因此,相位差异方法是大口径光电成像系统较为理想的图像恢复技术之一。