针对传统光谱和距离感知传感器存在的空间视野小、距离感知分辨率低和光谱范围窄等缺点,本研究提出了大视场多光谱折反射成像系统的实现机理,并设计实现了系统原型。它在保持被动式传感器低功耗的同时,对所采集信息的空间维度和光谱维度进行了有效扩展。首先,它具有大视野,能够采集近半球面范围的信息;其次,通过多镜面结构在单幅图像中采集到同一目标的多个成像,能同时记录多个方向的光线信息,实现了记录信息空间维度的扩展;最后,配合多光谱相机,它能有效记录可见光和红外波段的成像,实现了记录信息光谱维度的扩展。针对所提出的大视野多光谱折反射系统,进一步对成像机理进行了深入研究,提出了一种新型的多镜面阵列结构和相应的成像模型。首先推导了成像系统的重构误差,分析了系统参数对于重构误差的影响,寻找最优的系统参数,为搭建真实系统提供理论指导。随后通过仿真实验,模拟该折反射系统的成像图片,结合广义统一模型和虚拟子相机模型,标定系统内参和多镜面位姿关系,实现了多镜面之间的稀疏重构,初步验证了该系统结构的有效性。在此基础上,定制了抛物镜面,配合远心相机和多光谱相机,实现了系统原型,并提出基于球面模型的大视场图像的极线校正方法,通过计算球面视差实现了多光谱图像的致密场景重建。原型系统的实验结果表明,所提出的大视野多光谱折反射系统的成像机理和实现是成功的。本研究是对于多光谱高维信息采集传感器机理的积极探索和实践。研究成果表明,这类传感器能够有效提高环境信息采集能力,对于推动机器人环境感知、大视场环境监控等应用具有重要的实际意义。