随着红外光学成像技术的不断发展,其应用场景更加复杂,要求适应的温度范围也就更广。一方面,在全天候、全季节等应用场合中,要求系统适应宽范围的均匀温度变化;另一方面,在制导、消防、搜救、高温工业等特殊应用场合中,要求系统适应复杂环境造成的内部温度梯度。然而,红外光学材料又极易受温度影响而改变特性,相应的成像技术对无热化技术的需求也就越来越高。波前编码技术通过在系统的孔径光阑处添加相位掩模,可有效地保证较高温差范围内的离焦不影响系统稳定成像,在不增加系统复杂性和成本的前提下实现了均匀温度变化场景的无热化目的。然而,复杂温度分布环境中波前编码技术的无热化性质和应用,即波前编码技术对温度梯度的调制能力及应用效果仍需进一步研究。本文在详细分析相关技术概况与国内外发展,比较传统光学系统与波前编码系统成像理论的基础上,主要完成了以下工作:(1)基于波前编码均匀无热化理论,进一步分析了波前编码技术对温度梯度的调制能力,探究其实现温度梯度无热化的可行性。从热效应分析出发,结合波像差及几何像差理论将温度梯度作用与像差情况等效,通过分析波前编码技术对像差的调制能力探究实现温度梯度无热化的可行性;(2)基于军事需求温度环境及应用设计了红外波前编码系统并进行优化。针对应用背景确定指标,优化设计了常温下成像完善的传统红外光学系统及相应波前编码系统,对仿真图像进行了恢复;(3)对设计优化后的波前编码系统进行温度梯度场光、机、热集成分析。利用Zemax与SolidWorks软件的配合简化了光、机、热集成分析流程。基于有限元分析法对温度梯度下波前编码系统的热效应及成像质量进行定量分析;(4)搭建实验平台,对结构上有共通性的可见光系统进行实验。通过对可见光系统施加相同程度的均匀温变及温度梯度并分析成像特性变化,定性验证了热效应影响及波前编码适应性分析的正确性。