声光可调谐滤波器（AOTF）是一种新型的电调谐分光器件,其组件全固体,无活动机械部件,体积小,调谐速度快,且具有较高的光谱分辨率以及空间分辨率,这些特性使得AOTF在生物医学光谱成像领域有着广阔的发展前景;近年来,随着各类生物医学成像技术的快速发展,以AOTF为核心部件的超光谱成像系统开始崭露头角。然而现有的较为成熟的AOTF分光超光谱成像系统大部分都是结合大型显微镜等设备而设计,其体积比较庞大,不利于便携且不能实现内窥式检测,这恰恰牺牲了AOTF本身小巧的机械结构特。因此,研究开发一种新型可实现便携与内窥功能的AOTF超光谱成像系统就变得尤为必要,此外,由于帮助实现可内窥功能时光纤传像束会引入蜂窝背景噪声,为了去除噪声从而提高成片质量,完善系统整体性能,采用适宜的图像处理方法也是非常必要的。本论文步进式地先后探究并搭建了三种不同类型的基于非共线AOTF的超光谱成像系统;第一种系统为基于倒置显微镜的超光谱快速无损成像系统,使用该系统对非染色皮肤鳞状细胞癌组织切片进行光谱成像,通过透射差异系数以及图像边缘提取的综合分析得出在497.87 nm-551.29 nm波长范围内,可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌开展高效地观察研究,在522.52 nm波长下,更便于对皮肤鳞状细胞癌的组织精细结构进行辨别与深入研究;第二种系统为便携式光纤内窥超光谱成像系统,使用透射式分辨率板对其空间分辨率进行测试,测得其空间分辨率为200lp/mm,可分辨最小线宽为0.0025mm,随后以非染色胃癌切片为样本对其进行成像实验,并使用半径为40像素的频域低通滤波器对其进行蜂窝背景噪声去除处理,原图像中图像信息不连续的现象得到了极大的改善,通过对改善后图像进行平均透射强度、透射差异系数以及灰度梯度图的综合分析得出,对于胃癌组织的整体适宜观测波长窗口为563.13nm至569.45nm,具备最佳细节观察条件的单衍射光中心波长为569.45nm;第三种系统为无光纤便携式超光谱成像系统,该系统为实现更高的便携性能,舍弃了内窥功能,实现了更高的可便携性,通过使用更高规格的分辨率板对该系统进行测试,空间分辨率高达228lp/mm,可分辨最小线宽为0.0022mm,能够满足对便携性要求更高且不需要内窥功能的检测场景。以上三种基于非线性AOTF的超光谱成像系统能够满足不同生物医学检测场景的需求,使得生物医学检测手段更加多样化,检测信息更为丰富。