由于复眼成像系统在结构上具有大视场、小体积、重量轻等优点,因此对复眼的研究得到了国内外研究学者的广泛关注,是未来光学成像发展的主要方向之一,且在高空探测、目标识别、测速定位等新领域有着巨大的应用前景。本文提出的新型多光谱复眼成像系统模仿自然界中昆虫的复眼结构特点,采用曲面排布的多谱段孔径对目标点进行成像,再利用光学变换子系统将曲面一次像面变换到平面并利用探测器进行图像接收,最后再对采集到的多光谱阵列图像进行处理和重构,从而实现对大视场上物体的多光谱成像。本文对多光谱大视场型的复眼成像系统的原理与实现方法进行了分析与讨论,建立了成像数学模型并进行了初步光学系统设计,为后续多光谱成像原型系统的研制提供了理论指导。本文主要研究工作如下:1.分析了现有多光谱相机的优缺点,介绍了仿生复眼相机的发展趋势,针对现有多光谱相机的小视场、实时性差等缺点,提出了发展新型多光谱成像系统,即结合复眼结构的优势设计了一款轻小型化的多光谱成像系统。针对提出的成像方案,推导并且建立了曲面型排布的微透镜阵列光学成像的模型、微透镜阵列式大视场相机的光场理论、建立了复眼实现多光谱成像的理论模型,提出了多光谱成像的孔径交叉传递理论模型,即不同谱段7个子透镜组成的簇眼如何对目标物进行多光谱成像,进一步计算得到了本文成像系统的参数。2.基于以上多个理论的研究与分析,提出了一种多光谱大视场的复眼成像系统的设计方法,采用曲面上排布的阵列型滤光片多光谱成像技术,利用ZEMAX光学软件的多重结构功能设计出大视场光学中继转向系统,并配合带有不同波长滤光片的微透镜阵列进行成像。其中,球壳表面排布的每个透镜下方各设置一片不同透过波长的滤光片,七个波段的孔径以其中一个为中心成六边形排列,组成一个多光谱成像单元,每个单元中的七个孔径可以同时捕获同一场景中的同一物体的图像和多光谱信息。仿真结果表明,基于光学中继转向系统的最大视场可达120°,焦距为3 mm,F数为4,与中心波长分别为480 nm、550 nm、591 nm、676 nm、704 nm、740 nm、767 nm的滤光片阵列和微透镜阵列相匹配可实现大视场多光谱成像。进一步通过总体建模与优化,总系统的焦距确定为0.4mm,F数为4,视场可达138°。最后,为了符合后期加工的要求,对整个系统进行了公差分析,并根据光线追迹效果显示成像质量可以达到要求。