推扫式光谱成像技术虽然具备较高的空间、光谱分辨率，但其推扫成像的技术特点使其牺牲了时间分辨率，无法满足对动态目标、短时过程的光谱成像，限制了高光谱成像技术的应用范围。针对该缺陷，研制了基于微透镜阵列的快照式高光谱成像仪。快照式光谱成像仪波段范围为500~700 nm，平均光谱分辨率优于10 nm。按照上述指标首先进行了快照式光谱成像仪的光学设计，然后根据光学设计结果对关键元器件进行了加工采购，并搭建了系统样机。通过对搭建的系统样机进行定标及目标物探测测试，仪器光谱成像效果良好。较传统推扫式光谱成像系统，该系统实现了快照式光谱成像，能够有效地提升高光谱成像探测效率，有助于拓展高光谱成像探测技术的应用范围。

快照式光谱成像技术可以单次曝光成像获得目标辐射的二维空间分布和一维光谱信息，在动态目标探测与识别中具有显著优势。本文总结了快照式光谱成像技术的空谱调制投影原理，并从丰富探测信息量的角度出发，在技术原理和数据处理两个层面分析了其主要发展趋势。在技术原理层面，扩展目标辐射探测维度，实现多维信息实时探测是光学探测技术发展的重要趋势，重点介绍了快照式光谱立体成像技术；在数据处理层面，提高光谱图像空间分辨率，对于提升快照式光谱成像技术的应用效果具有重要的实际意义。在此基础上，对快照式光谱成像技术的未来发展方向进行了展望。

为解决快照马赛克高光谱图像数据量大、对传输带宽要求高的问题，采用最新的CCSDS 123.0-B-2多光谱/高光谱无损和近无损压缩国际标准，实现了基于FPGA的快照马赛克高光谱图像无损和近无损压缩。通过改进BIP（Band-Interleaved Pixels）排序算法，使每个时钟周期能够动态处理一个快照马赛克高光谱样本，数据吞吐率约提高至11倍，有效解决了该国际标准在快照马赛克高光谱图像压缩FPGA硬件实现时存在的流水线和并行化处理困难、处理速度慢的问题。实验结果表明，所实现的压缩器在Xilinx XC7Z020CLG-4平台上布局布线后FPGA整体逻辑资源占用率小于10%，100 MHz系统时钟下约22 ms即可完成一张高光谱图像的压缩，无损压缩性能在2.66~4.30 bits/samples之间，近无损压缩性能在1.01~3.70 bits/samples之间，能够满足快照马赛克高光谱成像技术在无线手持及无人机载领域的应用需求。

成像光谱仪是一种有效的定量探测工具，得益于其可通过高空间分辨率和高光谱分辨率同时获取探测目标的三维立方体数据的能力，使得成像光谱仪在测绘遥感、目标识别、环境监测与评估、临床影像诊断、过程监控等领域应用极为广泛。文中根据分光原理和分光元件的不同，将成像光谱仪分为四类：滤光型、色散型、干涉型和快照型，在分类的基础上对各种成像光谱仪的主要代表形式和应用进行了回顾和介绍，并对成像光谱仪未来可能存在的发展和应用方向进行了展望。