物体的颜色取决于物体表面对入射光的反射,即取决于物体本身对可见光范围内电磁波的反射率。大部分的成像设备采用RGB传感器进行图像采集,RGB传感器件中有感应R、G、B三个颜色通道的像素单元。成像时,物体反射的光线在这三个通道上分别积分,最终得到每个像素的R、G、B颜色分量值,但这三个颜色分量值远远不能精确描述被摄物体在各个光波长上的响应,存在同色异谱的问题。光谱成像是从空间和光谱上同时获取被测物体的信息,即结合了成像和光谱探测的功能,克服了同色异谱的问题。为了解决棱镜分光式光谱成像系统中光通量不高,几何畸变大等问题,本文提出了一种基于阿米西棱镜的高光谱成像系统。与当前主流光谱采集方法相比,本论文提出的方法光通量平均提升30%以上,并且具有更加紧凑的系统体积和较小的几何畸变。从理论上分析了该系统的光谱分辨率、光通量、空间和时间分辨率等性能,并用实验验证了系统在光通量方面的提升。针对人脸识别系统在获取人脸图像时可能存在的虚假人脸攻击,本文利用上述提出的基于阿米西棱镜的高光谱成像系统,进行多光谱人脸活体检测。根据人脸皮肤在545nm~575nm波段内特有的光谱反射率曲线,选择合适的光谱组合,使得真、假人脸的表现差异最大。利用系统拍摄得到的光谱图像,将虚假人脸和真实人脸区分开。为了解决滤波式光谱成像系统不能拍摄光谱视频信息的问题,本文搭建了一种基于四色相机和二向色镜的多通道光谱成像系统,该系统可以实现目标在八个波段上光谱图像的实时捕获。从理论上分析了该系统的数学模型,构建了原型系统,并且分别用直接法和基于学习的方法对拍摄到的图像进行光谱反射率重建,基于学习法的重建结果更加接近目标的标准反射率曲线。