波前编码成像技术是将光学编码和图像解码两部分相结合,通过在传统光学成像系统光瞳面处添加相位板,使光学系统的光学传递函数与点扩散函数在较大焦深范围内呈现一致性。由于三次相位板波前编码系统的点扩散函数在不同的离焦量下,形态和分布基本上保持一致,从而可以利用同一复原算法对不同离焦位置的中间等模糊图像实现复原。但经典解码算法存在着噪声放大和边界振铃效应等问题,使复原图像信噪比下降、图像不自然、细节丢失比较严重。此外,采用非旋转对称式相位板的波前编码复原图像在两个正交方向上信息比较丰富,但在其他方向上有着明显的信息损失。论文针对奇次相位编码系统存在的角度依赖性问题,开展了基于相位板旋转的波前编码成像处理方法研究,进而融合多角度的复原图像以改善图像质量。首先,论文从理论上推导出三次相位板在系统中无偏心仅绕光轴旋转时光瞳函数的变化,分析了三次相位板旋转对系统点扩散函数及成像质量的影响。理论分析表明当三次相位板仅绕着光轴旋转时,点扩散函数的幅值不变,分布和形态会随之进行旋转,进而使复原图像在不同频率方向呈现信噪比不一致的现象,通过将不同旋转角度下的复原图像进行融合处理可有效提升系统的信噪比。随后,针对相位板旋转不同角度时获得的复原图像提出空域和频域处理的两种图像融合算法。拉普拉斯金字塔图像融合算法将不同复原图像分解到不同图像层上,对不同频带上的特征与细节采用平均梯度和区域能量的融合准则进行融合,实现融合图像在不同频带上的细节增强。傅里叶变换频谱融合算法在频率域进行处理,根据不同复原图像具有不同方向频谱振幅的特点,比较频谱振幅并保留频谱最大值融合规则进行融合,使融合图像在各个方向上保留较高信噪比。最后,基于实验室已有的红外波前编码成像系统平台,结合论文提出的方法进行了仿真和成像实验。在不同温度条件下融合不同旋转角度的复原图像,仿真和成像实验结果表明论文提出的成像方法可以减小复原图像的振铃及伪影现象,有效提升图像信噪比,并可进一步改善波前编码红外成像系统的热离焦性能。