对于用传统方法设计裂缝宽度测量系统,由于该系统的焦深小,通过机械调整实现准确调焦困难,且在对应小景深内,由于光学系统存在像差和混凝土表面凹凸过大等原因致使视场内图像无法完全清晰。同时,作为一款手持式测量系统,有进一步简化其光学结构,降低其成本,减小加工装调的困难的要求。为了解决上述问题,使用波前编码技术,在光学系统的光瞳上添加立方型相位板,获得彼此差异极小的中间像,再通过图像恢复获得清晰像。分析了波前编码系统点扩散函数的特点的基础上,设计一种计算量较小的快速的图像恢复方法。本文设计了基于立方相位板的裂缝宽度测量系统,完成系统的加工、安装和调整。并根据立方型相位板点扩散函数的特点,设计了一种以灰度梯度向量模方和为判据的等增量旋转调整PSF的维纳滤波方法,恢复模糊中间图像,最后进行系统的标定工作。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1设计了一种针对波前编码实际系统的图像恢复方法。这种方法从用ZEMAX设计的系统中获得的点扩散函数出发,选择合适的图像质量评价标准为判据自动旋转点扩散函数匹配实际系统。并在讨论点扩散函数矩阵大小的基础上,采用循环边界技术来降低边界截断带来的影响。2设计了基于波前编码技术的裂缝测量系统。以最简单的单透镜为基础,通过在光瞳处添加合适的立方型相位板,使整个系统对离焦不敏感,以克服通过机械调焦困难的缺点。使用ZEMAX仿真模拟了该系统,分析了系统的点扩散函数以及光学传递函数的性能特点。3选择灰度梯度向量模方和为判据调整系统的点扩散函数对波前编码裂缝宽度测量系统的实际中间像进行了恢复。该方法恢复图像的质量与传统系统的最佳像面略有下降,但比传统系统离焦的图像质量有很大提高。4完成系统的机械加工,装配和调试,最后进行了验证系统性质的实验。测量了系统点扩散函数,验证算法中修正点扩散函数的正确性;通过实验证明了系统的离焦不变性;选择不同目标物,验证所设计算法的普遍适用性;完成了对实验系统的放大率标定和裂缝宽度实测工作。