皮下静脉成像技术在诸如生物特征识别、辅助静脉穿刺以及血氧饱和度检测等多个领域都具有重要的应用价值。近年来,世界上越来越多的研究人员纷纷投身到这一研究领域,将透照式成像、光声成像、单波段近红外成像等技术应用到手背皮下静脉的成像之中,并围绕如何提高皮下静脉与周围皮肤组织之间的对比度这一问题,又引入了诸如多波段组合照明成像、多光谱成像以及偏振光成像等各种各样的新方法。其中,皮下静脉多光谱成像技术由于不仅能够获取手背高分辨率的二维图像信息,同时还能够获得手背上每一点所对应的光谱信息,图像信息与光谱信息的结合,有效地弥补了传统单波段近红外成像技术光谱信息严重缺失的不足,使得手背皮下静脉的成像效果变得更为理想,后续分析处理方法也变得更加灵活。皮下静脉多光谱成像技术正逐渐受到国内外本领域研究人员的青睐。在中国石油科技创新基金(2009D-5006-01-06、2012D-5006-01-02)、国家科技支撑计划(2011BAF02B00)等的资助下,本文构建了一套基于AOTF的多光谱成像分析系统,并对多光谱成像技术在手背皮下静脉成像中的应用进行了探索,主要开展了以下几个方面的研究工作：(1)阐述了皮下静脉成像技术研究的应用领域及其主要的成像技术,着重综述了皮下静脉传统近红外成像技术的发展与研究现状,以及为增强皮下静脉与周围皮肤组织之间的对比度而引入的各种新方法。(2)讨论了皮下静脉近红外成像技术的相关理论基础,包括皮肤解剖学结构、电磁波谱分布、光与生物组织的相互作用形式、生物组织近红外光学窗口以及光在生物组织中的传输理论等。(3)阐述了光谱成像分析技术原理和光谱成像仪器的空间及光谱扫描方式,并较为系统地综述了目前存在的光谱成像分析仪器种类,重点分析了声光可调谐滤光器(AOTF)、液晶可调谐滤光器(LCTF)等新型光谱扫描器件的设计理论及性能,并比较了各自的优缺点。(4)构建了一套基于AOTF的皮下静脉多光谱成像分析系统：较为详细地讨论了各主要组成部件的选型思路；研制了一台应用于本系统的AOTF射频驱动器,其中射频信号采用直接数字频率合成(DDS)技术与锁相环(PLL)技术相结合的方式产生,DDS的输出作为PLL的参考频率,测试结果表明所合成的射频信号具有较高的频率分辨率和频谱纯度；设计了一套由卤钨灯和PC光扩散板构成的手背照明系统,通过动态调整使得照明的均匀度达到最高；开发了一套光谱成像分析软件,其功能与部分商业化的光谱成像分析软件相近。(5)推导了所构建皮下静脉多光谱成像分析系统的传递模型,提出了一套针对该系统的较为完整的系统校正、标定及性能测试方法,其涉及光谱域和空间域的多个方面,分别进行实验测试了系统的光谱准确度及分辨率、稳定性及信噪比、光谱线性度、空间分辨率、景深、图像畸变以及图像漂移等性能,验证了系统光谱图像平场校正、光谱灵敏度校正的效果,并总结了手背皮下静脉多光谱图像的采集过程。(6)概述了几种常用的单幅图像增强处理方法,如灰度变换、灰度直方图处理及邻域图像处理等,并分析了单幅图像增强处理方法的不足；简单地介绍了多波段图像彩色合成、多波段图像的代数运算以及多光谱图像数据特征空间变换等几种多波段图像组合处理技术；对系统所采集的手背多光谱图像进行分析,并将单幅图像增强处理、多波段图像组合处理技术应用到本系统所采集手背光谱图像的增强之中,用以增强皮下静脉的对比度,以改善人眼视觉效果及方便后续的机器处理过程,取得了较好的效果。(7)利用最大似然分类(MLC)方法对手背原始多光谱图像中的皮下静脉区域进行自动识别分类,取得了较好的分类效果；通过主成分分析(PCA)方法对手背原始多光谱图像数据进行降维处理,用降维得到的前4个主成分图像代替具有35个波段的原始多光谱图像进行MLC自动识别分类,得到了与原始多光谱图像数据十分相近的分类效果,且分类时间大大缩短。