波前编码技术是一种通过在光学系统中加入编码相位板对图像进行编码，并利用后期图像处理方法对编码图像解码的新型成像技术。该技术具有扩展成像系统景深，抑制像差等优势。本文借鉴相空间光学理论及其相应的空频域联合分析方法对波前编码技术进行了更为深入的研究，获得了更为准确的参数设计方法和性能分析结果。本课题进行了以下工作：1.基于相空间光学理论计算出三次相位板波前编码系统的准确调制传递函数，对波前编码系统的特性进行更为深入的分析。采用魏格纳分布和乘积谱等数学推导方法，将三次相位板波前编码系统的传递函数通过模糊函数表达，进而获得准确的调制传递函数，讨论了波前编码系统的像差抑制、点扩散函数位移和景深极限等特性。2.利用准确调制传递函数的菲涅尔积分表达形式和相空间光学的空频域联合分析方法，研究了波前编码成像系统的一般性设计方案。结合菲涅尔正弦积分、余弦积分讨论波前编码成像系统中面型参数、频率信息、离焦量和MTF之间的关系，获得了不同类型波前编码系统的参数优化范围。3.本文基于二元光学理论，针对空间光调制器模拟相位板技术，采用了一种新型相位板编码方式，相对传统的连续型编码方式，利用该编码方式获得了更好的实验结果。4.进行基于波前编码技术的大景深显微成像系统和微距成像系统的设计与实验，验证了理论分析结果。分别通过软件模拟、实际相位板实验和空间光调制器模拟相位板实验方法，实现了系统的初始设计性能。