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大景深(DOF)光学成像系统可以获取物体更为丰富的信息，使获得的景物信息更接近于真实的世界，在过去的近半个世纪里，人们努力寻求着各种各样的方法来扩大光学系统的DOF。波前编码(WFC)技术是近年新兴的光学成像技术，其重要的应用之一便是扩展光学系统DOF。WFC技术作为一种光学数字混合成像技术，其通过在传统非相干成像系统光瞳位置进行相位调制来记录编码图像，并利用数字图像处理技术对编码图像进行解码，以达到系统性能的提升。WFC系统中，相位掩膜板实现波前的相位调制，如何设计及优化相位掩膜板是WFC系统设计的关键。基于此，本文致力于WFC系统的相位掩膜板研究，力求获取更为优越的扩展DOF成像性能。 开展了扩展DOF的非对称相位掩膜板研究。从空域和空间频域分析了非对称相位掩膜板WFC系统的成像特性，说明了非对称相位掩膜板设计过程中需考虑的约束条件，建立了非对称相位掩膜板WFC系统像质评价模型。针对非对称相位掩膜板编码和解码特性，为获取更为稳定的编码过程离焦不变的成像特性，并在解码过程有效抑制伪像和噪声，研究了非对称相位掩膜板相位函数。依据相位函数研究结果，获取了四种新形式的非对称相位掩膜板，并展开了性能比对研究，验证了新形式相位掩膜板在扩展DOF成像中的优越性能。 开展了扩展DOF的共轭非对称相位掩膜板研究。单一非对称相位掩膜板产生的点扩散函数(PSF)在理论焦面存在偏移，则解码图像中包含伪像，成像质量有一定的下降，这严重影响了系统的扩展DOF性能。基于此，提出了基于共轭非对称相位掩膜板对的扩展DOF成像方法，该方法可产生几乎随离焦不变的PSF，使系统离焦不变特性获得提升。该共轭成像方法可在保证离焦不变特性的同时，有效改正伪像。 开展了扩展DOF的径向对称相位掩膜板研究。由于径向对称相位掩膜板产生的PSF具有对称特性，因而复原后的图像不会存在伪像，但其离焦不变特性较径向对称相位掩膜板有所下降。基于此，为提升对称相位掩膜板WFC系统的离焦不变特性，在径向对称相位掩膜板WFC系统成像特性研究的基础上，研究了径向对称相位掩膜板的相位函数，提出了两种新形式的径向对称相位掩膜板，并通过仿真实验验证了提出的相位掩膜板可获取更为稳定的离焦PSF和调制传递函数(MTF)。