本发明涉及一种长焦距大口径大F数望远成像系统，长焦距大口径大F数望远成像系统包括主反射镜、次反射镜、用于编码的相位掩膜板、校正透镜组A、校正透镜组B、面阵CMOS图像传感器以及解码处理单元；次反射镜设置在经主反射镜反射后所形成的反射光所在光路上；次反射镜、相位掩膜板、校正透镜组A、校正透镜组B以及面阵CMOS图像传感器依次设置在同一光路上；解码处理单元与面阵CMOS图像传感器相连；本发明提供了一种长焦距大口径大F数望远成像系统，将波前编码技术引入到长焦距大口径大F数望远镜成像系统的设计当中，利用编码技术人为地产生可控的MTF的降低，从而使后续MTFC技术的效果更加稳定可靠。