波前编码技术是一种结合了光学系统与图像处理的计算成像技术,通过在获取信息时已知的编码方式,可以有效地感知和修复目标的离焦变化,因此可以通过波前编码技术对物空间的距离或深度信息进行感知,达到被动测距与三维成像的目的,具有结构简单、响应度高、像质高等优点。本文主要对波前编码被动测距及三维成像技术进行研究,包括波前编码系统测距与三维成像的原理、光学系统,尤其是作为关键元件的相位掩模板的设计、被动测距及三维图像重构算法。主要内容包括:(1)波前编码被动三维成像技术理论研究。从傅里叶光学出发,在理论上论证波前编码系统点扩散函数与离焦像差的关系,对包括编码和解码理论、目标深度信息与离焦量的关联等在内的波前编码系统的被动三维成像理论进行研究。(2)相位掩模板的设计。首先研究相位掩模板优化的常用算法,根据基本光学系统优化得出相位掩模板参数的最优解,并对点扩散函数的形态与峰值位置进行理论计算分析、仿真分析与实验验证。(3)图像重构方法研究。提出一种波前编码三维图像重构算法,将离焦量、物空间距离信息与像空间点扩散函数峰值偏移量建立数学上的严格关系。首先通过MATLAB软件对算法进行仿真分析,其次通过搭建实验平台来验证该算法的实际精度与测量方案的可行性,并给出评价。