成像光谱仪是一种能同时获取二维图像信息和一维光谱信息的设备,丰富的数据便于对目标进行分类识别,广泛应用于矿物勘探、对地遥感、海洋监测、生物医疗等领域。但成像光谱仪给出的三维数据是一个高维高冗余的数据,在使用中不够直观,需要依赖计算机数据处理来获得分类识别结果。随着成像光谱仪器复杂化和应用要求的提高,成像光谱仪器指标随之提高,大量的信息给数据传输、存储、处理带来了巨大压力。为了解决该问题,本文研究了一种自适应特征光谱成像分类技术,该技术的核心思想是通过设备自身对光信息的调制结合数据处理算法,去掉中间数据传输、存储的过程,直接获得分类结果,简化处理流程的同时,其“所见即所得”的特性也对于用户更加友好。本文主要针对基于AFSSI-C的光学系统在日常实验测试场景实现厘米级图标分类这一需求开展的研究。首先对自适应分类光谱成像仪的原理进行分析。根据系统仪器的光学系统与信号处理系统交互关系,并以图像分类过程为例,分析了系统工作原理。根据双光栅色散原理与光谱成像光路,构建了系统光路。基于光谱数据立方体在该仪器下的特征状态,分析了光学系统的分类原理。根据光源的光谱强度分布,并结合光源像元、DMD像元、探测器像元之间的匹配关系,构建出基于DMD的系统光路结构及光谱信号调制传输模型,为工程设计提供了理论依据。其次,针对DMD和光栅引起的严重色差问题,采用光线追迹方法对成像过程进行分析,提出了通过匹配焦距解决垂轴色差、逆向轴向色散解决轴向色差的方法,解决了光学系统中存在的色散光无法完全复合问题。同时,根据仿真软件验证了经理论推演得到的色散光复合方案的有效性。最后,完成了一套基于DMD的自适应分类光谱成像光学系统设计。根据系统应用场景分析,设计了光谱范围为400 nm～800 nm,光谱分辨率为5 nm的分束系统。结合色散光无法完全复合问题分析,设计了分束系统准直镜与成像镜焦距为80 mm,合束系统准直镜与成像镜焦距为73.5 mm,系统F数为4的自适应分类光谱成像光学系统。该光学系统的MTF在奈奎斯特频率处优于0.5,成像质量良好,可以满足相关应用需求。