孙志伟，刘伟奇，吕 博，吴笑天

(1. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033；2. 中国科学院大学，北京100049)

1 引 言

在空间交会对接、在轨卫星捕获等领域，空间目标成像光学系统要求，在飞行器从较远距离开始接近，直到接触到目标的过程中，能够对目标一直保持清晰成像，因此需要有很大的景深。因为不同物距对应着不同的最佳像面位置，意味着光学系统要有较大的焦深(Depth of Focus，DOF)。此外，受到复杂的环境因素比如入轨时的振动、在轨温度变化所影响，光学系统的结构参数及像面位置也会产生变化。为了保证系统可以清晰成像，通常的做法是在光学系统中增加调焦机构[1-2]。调焦机构虽然在一定程度上能够解决这些问题，但是会增加成像系统的体积和重量，同时调焦机构包含的活动机构使系统的可靠性降低。因此，研究更加简单有效的扩展空间目标成像光学系统景深的方法在航天领域有迫切的需求。波前编码(Wavefront Coding，WFC)技术由美国科罗拉多大学的Dowski和Cathy所提出，是一种新颖的、将光学与计算成像结合的焦深扩展技术[3-7]。相较于传统的光学系统，其区别在于波前编码系统在光阑处含有一片特殊的相位板，能够对光阑处的波前相位进行编码，使系统的光学传递函数(Optical Transfer Function，OTF)及点扩散函数(Point Spread Function，PSF)在较大的离焦范围内保持很高的一致性，从而成功扩展系统的焦深[8-10]。在不降低光学系统的光通量与分辨率的前提下，波前编码技术可以把光学系统的焦深扩展至数十倍[11]，因此具有重要的研究意义以及很高的应用价值。……