三维成像技术在各个领域都获得了十分广泛的应用,而在军事目标三维信息的获取过程中,要求系统具有隐蔽性高、结构简单、体积小且适用于远距离目标等特点,通过获得目标各位置的距离即可进行三维成像,但传统的主动或被动式测距三维成像方法不能同时满足上述条件。因此,本文结合计算成像技术,采用手性相位掩模板孔径编码的方式对体积小且可远距测量的单目被动测距系统进行研究。在系统的光瞳处放置手性相位板,使得中间编码图像随物距而变化,从而提取出中间编码图像的深度信息进行三维成像。本文的主要研究内容包括:(1)孔径编码被动测距与三维成像技术理论研究。从孔径编码技术的编码和解码理论出发,分析了本文基于手性相位掩模板实现被动测距与三维成像的原理。(2)为深入了解系统性能,方便在不同技术指标要求下进行系统设计,对孔径编码系统的成像特性进行了分析。在频域和空域分析中给出了系统随离焦变化的光学传递函数和点扩散函数明确数学表达式。仿真分析了不同条件下系统和相位板参数对测距精度和范围的影响,可得精度随相位板宽度和间隔的增大、焦距的增大、像元尺寸的减小而变大。(3)手性相位板的优化与测距算法研究。本文利用Fisher信息理论对手性相位板的设计进行优化,当归一化光瞳坐标令口径大小为2时,可得相位板最佳宽度约为0.7。针对自相关算法次峰不明显问题,结合拉普拉斯滤波和小波去噪算法处理编码图像,可有效提高信噪比且使自相关图样次峰明显。(4)实验验证与分析。本文搭建了两套孔径编码系统对不同距离目标开展实验,近距1m处目标实验中测量误差为0.7%,且采用本文的相位板优化设计方法,相对未经优化的系统,同等精度下可减小系统体积约55%。对远处目标进行实验,整体测量结果与实际物距范围接近,三维成像结果可反映目标深度变化,实验效果良好。