在海底勘探、海洋资源开发、海洋生物监测和识别等过程中,水下光学成像技术是一种非常重要的观测手段。然而由于水体对不同波段的光线具有选择性的吸收和散射,使得不同波长的光在水下出现不同程度的衰减,导致水下图像色彩出现严重失真,尤其在远距离成像过程中,图像失真更加明显。本文基于国家863计划项目“用于海底表层目标探测和识别的水下高光谱成像技术研究”的研究工作,针对水下光谱成像系统需求,对基于轮转滤光片的水下光谱成像技术进行了探索研究,以期对海底表层目标物的探测和识别研究提供原始的水下目标物光谱图像数据,为项目的顺利展开提供有价值的参考。本文从项目任务需求出发,首先研制了一套基于轮转滤光片的水下光谱成像系统,分别对系统的成像模块、控制系统、耐压舱体的结构及密封系统等的软硬件进行了设计。为了便于成像,系统采用自动聚焦方法。对基于轮转滤光片的水下光谱成像系统样机进行测试和定标,分别对系统的光谱成像范围及分辨率进行测试,并对成像仪绝对辐射及灵敏限进行定标。通过实验,分别在空气中和水下对一块带有不同色块的塑料色板进行多光谱图像的获取。使用基于带色彩恢复的多尺度Retinex图像增强算法(MSRCR)对获取的不同窄带波段的色板图像进行增强,最后对增强的图像进行彩色合成并计算其信息熵,并与空气中的图像作对比。实验结果证明,水下光谱成像技术与基于MSRCR理论的图像增强算法相结合可以明显提高水下图像的色彩还原效果。本文主要的研究成果在于研制了一套基于轮转滤光片的水下光谱成像系统样机,并对样机进行了相关测试,测试结果表明达到指标要求,其光谱成像范围为400-700nm,光谱分辨率为10nm,辐射校正精度优于10%,可在水下50m环境下进行光谱图像获取。