在进行观察时,人眼和传统成像设备都会受到遮挡或阻碍,视域受到限制,存在一定的视觉盲区。在救援、反恐、侦查等场合中,对非视域空间的观察至关重要,因此非视域成像技术受到了越来越多的关注。随着高精度探测技术的发展和相关算法研究的深入,非视域空间的成像成为可能,越来越多的学者进行了相关研究。在对国内外研究现状进行深入了解的基础上,本文着重研究了非视域成像过程中的能量传输模型,针对实验场景选择器件并建模,对激光非视域成像过程进行了仿真模拟,并以仿真数据为基础,进行了后期的算法反演和三维重建,分析了系统参数对成像结果的影响:1)介绍了激光非视域成像及仿真建模的相关理论,包括成像过程中的光线传播跟踪和能量传输模型,探测器的接收和采样量化过程,以及后期的反演算法和三维重建理论。对非视域成像过程中的分辨率进行了详细分析,指出了分辨成像的优势。2)设置了有墙面遮挡的非视域场景,读取图片置于场景中作为2D目标,导入三维模型作为3D目标,采用改进的点云跟踪方法追踪了场景中的光线传播,对关键器件进行建模,模拟了数据采集过程,计算了场景的回波分布情况,采集了仿真数据。数据用于之后的反演算法研究,同时仿真思路对实际系统的搭建也起到了一定的参考作用。3)实现了经典椭球反演算法,以模拟采集的数据为基础,进行目标所在空间的反演。通过网格划分、数据匹配、网格可能性赋值、筛选和轮廓提取,得到目标所在的区域网格,进而绘制出目标的成像图。512×512目标图的反演结果显示,椭球反演方法在参数合适的情况下可以对细节较少的2D目标进行成像,西光所所徽成像结果与原图的结构相似性(structural similarity,SSIM)可达0.9以上,但是该方法对场景要求比较苛刻,图像细节难以还原,三维bunny模型反演结果在xy平面投影完全失去了辨识度。4)实现了光锥变换反演算法,从成像过程出发,借助维纳滤波的思路,通过迭代对非视域空间进行逼近反演。光锥变换方法的时间分辨率、空间分辨率和运算量之间具有相关关系,对目标本身的性质具有很强的容忍性,2D、3D目标的反演成像都具有一定的辨识度。其中256×256的2D图像反演结果可以获得0.5以上的SSIM,3D模型bunny成像在xy平面投影和原始三维模型投影之间的SSIM也达到了0.54533。5)研究了泊松、贪婪三角形投影和powercrust三种三维重建算法,采用相同点云进行了对比实验,实现了不同方法不同采样率的bunny模型重建,对比了几种方法的重建效果,其中泊松重建适合于法向量确定的封闭表面重建,贪婪三角形投影重建方法适合于比较均匀的点云,powercrust最适合用于散乱点云的重建。采用powercrust对bunny模型的LCT反演结果进行了重建,得到了比较完整的表面,优化了可视效果。研究结果表明,采用时间分辨的方法观察非视域目标的方法是可行的,椭球反演的方法在一定场景下可以得到比较清晰的二维目标像,但是无法用于观察三维目标。光锥变换方法要优于椭球反演,可以达到接近目标原始表面的成像结果,但是系统搭建难度更大。总体而言,非视域成像结果会受到诸多因素的影响,整体计算量偏大,成像方法对系统要求很高,对场景和目标也有比较苛刻的要求,离实际应用还有一段距离。