二元光学元件具有多种应用，用作透镜，在原理上色差非常大。二元光学成像光谱技术就是利用二元光学元件的这种特性来同时完成色散和成像的新兴超光谱成像技术，二元光学成像光谱仪具有光谱分辨率高、结构紧凑、重量轻、坚固耐用、价格低廉，便于实现小型化和轻量化等优点。本文对利用二元光学透镜轴向色散的凝视光谱成像性能进行了系统深入的研究，筹备了一台利用二元光学元件的成像光谱实验装置，进行了相关实验，获得了实验目标的光谱图像，取得了很好的效果。 本文第一章概述了二元光学的发展概况，二元光学元件的特点和应用，及成像光谱技术的基本原理、基本仪器类型。通过把光谱层析技术和窄带滤波技术相结合，实现了一种新的成像光谱原理，即利用二元光学元件轴向色散的凝视成像光谱技术，从而确定了论文的总体研究方向和基本方案。第二章介绍了二元光学元件的成像特性，指出了二元光学元件的独特的色散特性。第三章详细介绍了二元光学成像光谱技术的基本原理、特性方程、目标重建算法和优缺点。第四章详细讨论了二元光学元件三维光谱、空间成像原理，预计了成像系统特性，建立了数学模型。第五章为了重建三维目标立方，发展了各种去卷积算法：最近邻、逆滤波和带约束的迭代去卷积，并应用到计算机产生和试验测量的图像立方中，最好的结果是利用具有规则抑制噪声的SVD逆傅立叶变换去卷积算法获得的。第六章介绍了利用二元光学轴向色散的凝视光谱成像实验装置的设计，制备和试验情况，得到了较好的试验结果，验证了二元光学成像光谱技术的基本原理和算法。最后，对下一步工作进行了展望。 利用二元光学透镜轴向色散的凝视成像光谱仪在理论上是可行的，它可设计为工作在紫外、可见、和红外波段用于空间监视、遥感、医学成像、环境监测等方面。