成像光谱仪结合了照相机和光谱仪的功能,可以得到空间和光谱信息,有广泛的应用领域。本文主要对数字微镜DMD编码的光谱成像系统进行了研究,论文的主要研究工作及成果如下:1、介绍了成像光谱仪的应用与分类,引出编码方式的成像光谱仪;通过分析数字微镜DMD编码成像光谱仪的研究现状,指出DMD编码的主要方式:光谱编码和空间编码。2、分析了DMD两种编码方式的结构与原理,仿真分析了DMD的二维衍射特性及对光学系统的影响。结合编码方式的特点,先从双光栅结构的光谱编码方式入手,设计了一套双光栅光谱编码成像系统。3、实现了基于哈达玛变换的成像光谱仪,针对传统标定方法繁琐、耗时、灵活性差,提出并实现了一种基于图像匹配的光谱标定方法。该方法的优点:效率高,通过匹配计算得到DMD与CCD的相对物理位置,即使编码模板改变也不需要重新标定;精度高,对于像素不匹配造成的交错编码点,根据标定位置计算灰度编码值,代替原有的0-1编码值,从而提高重建光谱精度。4、提出并实现了一种新的傅里叶压缩光谱成像方法,不同于传统傅里叶光谱成像采用干涉仪,这里采用DMD的正弦编码实现光谱的傅里叶变换。该方法优点:基于光谱信息在傅里叶域的稀疏性,用少数几次编码测量即可重建光谱,较传统的哈达玛编码成像光谱仪,测量效率大为提高;DMD编码模板切换方便,易于得到不同的光谱分辨率;较传统干涉式傅里叶变换,系统没有移动部件且解码直接得到波长域的光谱。5、分析了压缩感知快照式的光谱成像原理,快照方式可以仅一次编码测量重建多光谱图像,但空间质量不如多次测量。提出结合滤光功能的微透镜阵列,单次测量得到多个图谱混叠图像,这些图像的空间分布类似但光谱信息不同,分波段解码可以提高图像质量,并对系统进行了仿真分析。