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高分辨率目标成像在天文、空间目标监视、航空等各个领域中有着十分重要的意义。由于传统光学成像系统角分辨率受波长和系统孔径的限制,在特定工作波长下只能增大系统孔径来提高系统的角分辨率,而在光学系统实际应用中系统加工、装调成本等因素限制了系统孔径的增大。目前,日益增长的高分辨率系统与大口径加工工艺及成本之间的矛盾愈来愈凸显。与大口径光学系统相比,大F/#光学系统虽然存在分辨率低,但是随着目前计算机技术及先进光学加工技术的发展,将新型光学成像技术与图像处理技术相结合,同样可以获取高质量的目标图像。同时,大F/#光学系统具有口径小、加工难度小、重量轻、后期数据处理要求高等特点,是未来光学系统发展的趋势之一。但是大F/#光学系统的装配、对准以及参数一致要求都非常高,并且成像分辨率不高。本文针对大F/#系统的装调困难及成像分辨率低等问题,提出采用波前编码技术(Wavefront coding,WFC)来解决大F/#系统成像及装调问题。本文主要研究内容如下:1、分析了望远系统对于大F/#望远系统的需求,针对大F/#光学系统提出了基于波前编码技术解决大F/#系统成像及装调问题的方法。2、介绍了波前编码技术的基本原理和传统的图像复原算法,在此基础上根据波前编码系统的成像图像特点,提出了基于小波去噪的维纳滤波复原算法。3、根据反射式光学系统的设计原理,设计了F/#37,焦距3700mm,口径100mm、可见光范围内的卡塞格林、格里高利、同轴三反和离轴三反光学系统,并对四个系统的次镜进行编码,然后分别对传统系统与其编码系统进行误差分析以及图像复原模拟对比,模拟结果表明,波前编码技术能够有效提高光学系统的装调容差及系统分辨率。4、搭建了F/37光学系统实验平台,分别对传统F/37系统以及F/37波前编码系统进行成像实验。利用基于小波去噪的维纳滤波对采集到的图像进行图像复原,通过将波前编码复原图像与传统成像图像进行对比,证实了波前编码技术可以有效提高大F/#光学系统的分辨率。