光谱是表征物体与场景的有效信息之一,光谱成像则是获取场景光谱的有效途径。人类视觉系统中,视锥细胞的RGB颜色传感功能能够感知自然界的光谱信息,也就是说,基于RGB颜色格式捕获的图像是人类视觉系统所熟悉的,因此大部分成像设备采用RGB传感器采集图像。但是用R、G、B三个颜色分量的值描述目标会存在同色异谱的现象,不能准确地描述目标在不同波长上的响应。而光谱成像技术从空间和光谱维度获取目标信息,能够克服同色异谱的问题。光谱成像技术可以记录自然场景光线在不同波段的反射响应,记录一些RGB图像很难反映的物质的物理化学特性,例如目标的材质、形貌、表面光滑度等特征。本文主要研究了基于双相机系统的可见光计算光谱成像技术。为了解决滤光轮光谱成像系统在光谱维度上分辨率较低的问题,本文提出了一种基于滤光轮双相机系统的高光谱分辨率成像方法,设计了一种基于插分补偿的多光谱计算重构算法,使光谱成像系统同时具备高光谱分辨率和高空间分辨率。首先利用滤光轮双相机成像系统采集多光谱图像以及RGB图像,然后从多光谱图像获取离散的光谱响应曲线,最后根据RGB三通道数据与光谱高维数据之间的映射关系以及能量守恒定理,进行光谱响应曲线的插分补偿并实现高光谱分辨率成像。实验结果表明,该方法能够在保持空间分辨率的情况下,高效地实现光谱分辨率为5nm甚至更高光谱分辨率的成像,与对比方法相比,具有较好的准确性和鲁棒性。为了进一步研究可见光计算光谱成像技术,提高光谱成像系统的分辨率和准确性,本文研究了一种基于棱镜-掩膜的双相机光谱成像系统,该方法基于棱镜掩膜式光谱成像系统,结合图像融合技术,将双相机系统采集得到的光谱图像和RGB图像进行信息融合,改善了传统的基于棱镜掩膜式光谱成像系统空间分辨率低的问题,进一步扩展了光谱计算成像技术在实际场景下的应用。实验结果表明,该方法能够实现高光谱分辨率、高空间分辨率成像,并且具有较好的准确性,拓展了光谱计算成像技术在实时性要求较高的场景下的应用。