设计了一个光学/数字成像系统,该成像系统利用三次位相元件辅以数字图像处理技术,在保持系统光通量及分辨率不变的前提下,提高了光学系统焦深.进行了仿真实验,实验以传统的双高斯型照相物镜为光学系统模型,选取焦点及离焦-1.6 λ(λ=550 nm)近似-6.4倍焦深两个成像位置.对比分析了传统光学系统及光学/数字系统的焦点位置调制传递函数(MTF)、离焦1.6λ处调制传递函数(MTF)及在瑞利判据±100倍焦深范围内的离焦传递函数.通过光学设计软件CODEV9.7新增图像模拟功能,得到了光学系统的模拟成像结果.利用自编图像处理程序,得到最终的成像结果.结果表明,该光学/数字成像系统确实能够有效扩大光学系统焦深6倍以上.

建立了一个基于新型光学／数字成像系统（三次位相板编码系—CPP系统）的信噪比模型．该模型主要考虑了读出噪音及散粒噪音两种探测器噪音，同时加入光学系统调制传递函数（Modulation Transfer Function，MTF）的影响，考虑不同空间频率下噪音对信号的影响，推导出频率信噪比模型．利用该模型对一个光学／数字成像系统进行信噪比分析，结果表明，利用该模型进行分析后此光学系统可达到的理论焦深扩展范围为5个波长．

利用传统光学系统评价指标斯特利尔比和能量集中度来表征波前编码系统的成像特征，建立了系统“离焦不敏感性”的评价函数。采用所建立的评价函数设计了应用波前编码技术的三片式系统，系统焦深比原系统扩展10×以上。结果表明：新设计方法使得波前编码系统设计得以在流行的光学设计软件CODEV、zemax中实现，并可以很方便地控制“离焦不敏感性”和“图像可恢复性”之间的平衡，解决了目前波前编码系统设计时没有现成软件，没有成熟方法的问题。