编码孔径成像光谱技术不同于传统的光机扫描式、推扫式成像光谱技术,它利用多通道的优势来增大光通量,能够在保证高光谱分辨率的前提下提高探测灵敏度和系统信噪比,是成像光谱领域发展的重要方向。本文围绕基于数字微镜器件的编码孔径成像光谱系统的关键技术展开研究,主要研究内容包括以下方面:(1)通过光学系统结构仿真建模完成了基于光线追迹的数字微镜器件表面图谱混叠分析。结合建模统计结果分析了谱线弯曲等畸变偏差的影响,提出2?2微镜单元拼接的方法来进行修正,并计算得到修正后的系统光谱分辨率。借助理论落点分布和高光谱图像数据源合成了图谱混叠仿真图像,详尽阐释了编码孔径成像光谱系统由混叠中重构恢复的工作机理。(2)在深入研究了单矩阵编码的基础上,将HN+/HN-双矩阵编码设计借鉴应用到编码孔径成像光谱系统中,并推导得到其平均均方误差性能公式。通过对系统各类噪声分析后发现HN+/HN-双矩阵设计具备比现有编码矩阵更优的信噪比性能表现。结合数字微镜器件的结构特点,本文提出了一种兼顾实时性和信噪比的编码矩阵设计方法,其中包括SN单矩阵和HN+/HN-双矩阵相结合的双模式编码方法,与共享复原处理资源的快速解码算法。通过空间维编解码仿真实验验证了新方法的信噪比和实时性优势。(3)完成了基于数字微镜器件的编码孔径成像光谱仪样机总体方案设计,并给出了电子学系统各组成部分的详细设计,解决了异步信号跨时钟域处理、并串转换、数据传输通路设计与存储策略等重要技术问题,在此基础上完成了原理样机的搭建。通过加载显示实验验证了所设计驱动逻辑的正确性和数据传输通路的有效性,同时计算结果表明样机设计满足系统的数据采集实时性要求和编码模板数据存储要求。(4)针对编码孔径成像光谱系统的实时性能瓶颈,本文提出了一种基于硬件加速技术的光谱复原数据处理系统设计方法,其中包括异构多核架构下的高速总线传输设计,和流水线结构下的快速哈达玛变换算法设计。解码复原实验结果表明,本设计适用于新型嵌入式处理平台,能够显著提升系统整体的实时性能。