作为一种多维信息获取技术,光谱成像技术已经被广泛的应用于农业检测、海洋探测和环境监测等诸多领域。快照型光谱成像仪作为一种新型的光谱成像设备,一次曝光即可获得完整的图谱数据立方体,且可手持,携带方便,从而具有较大的应用前景。然而,目前经典的光谱图像处理集成软件多针对离线光谱数据进行分析和处理,无法协同光谱成像仪进行后端的实时图谱成像,在一定程度上限制了快照型光谱设备的发展。因此,本文以实验室研制的快照型光谱成像仪样机为研究平台,以其数据采集技术为研究对象,最终设计了一款集光谱数据的实时采集、显示和处理于一体的光谱数据采集系统。首先,本文从光谱成像技术的发展着手,针对快照型光谱成像仪的原理优势和应用领域进行了探讨,并详细介绍了光谱数据处理软件的发展现状和未来发展方向,同时指出了本文研究工作的必要性和重要性。其次,针对光谱数据采集过程的一些关键问题进行研究并给出了相应的解决方案,特别就空间位置配准过程的变换模型、流程和算法进行了详细研究。通过对基于灰度信息的归一化互相关法(NCC)、序贯相似性检测算法(SSDA)和归一化互信息法(NMI)分别进行光谱图像手动配准实验发现,精度最高的是NMI法,但耗时最长,最差的是SSDA法,尽管速度较快,但性能不够稳定,而NCC法的精度居于二者之间,但具有快速算法。鉴于此,在光谱数据采集系统中优先选择NCC法的快速算法进行实时配准。再次,考虑到手动配准过程增加了人为影响,提出了一种基于NMI的光谱图像自动配准方法。分别采用粒子群(PSO)优化算法和鲍威尔(Powell)优化算法进行配准寻优实验,得出以下三点结论:1)基于归一化互信息的自动配准,和手动的NCC法相比,精度较高,而和手动的NMI法相比,速度较快;2)和PSO相比,基于Powell法的自动配准,速度更高,性能更稳定,相对更适合光谱图像的自动配准;3)二者共同缺点是配准精度尚未达到100%,原因在于互信息函数作为光谱图像的测度函数,自身的峰值还不够尖锐,这可能和它只统计像素值出现的概率,而忽略了各个像元的空间信息有关。进而,设计了面向快照型光谱仪系统的后端数据采集系统。该系统是在Windows平台和Visual Studio 2010编译环境下,基于MFC的单文档框架,采用C/C++的混合语言实现的。依据快照型光谱仪成像原理,实现并集成了光谱数据的实时采集、增益和曝光时间调节、色彩校正、空间位置配准、任意波段数据查看、任意三波段的伪彩色合成、光谱曲线提取与对比、图像增强等功能模块。目前该系统已经在实验室成功运行半年左右。最后,对本文工作进行全面的总结,并就存在的不足之处,给出下一步工作的改进意见,同时对快照型光谱数据采集系统的未来发展方向进行了展望。