传统色彩再现基于三刺激值表色方式，存在同色异谱等问题，无法获得各种观察条件下物体颜色的一致再现，难以真正达到“所见即所得”的目标，因此基于光谱的色彩再现研究应运而生。而如何从已知物体表面颜色的数码值及其照明条件等准确地重建光谱反射比，是彩色图像研究领域尚待研究的一个重要方向。为选择出适合光谱重建的实验样本，论文选择Color Checker24色标准色卡作为研究对象。论文中实验数据获取中搭建了两套光谱数据获取系统，分别为科学级CCD单色相机多通道多光谱获取系统和高光谱分析仪光谱获取系统。然后论文介绍了两种常用的光谱重建算法，即伪逆法、主成分分析法，并指出其共同存在的问题均是基于训练样本的原始光谱数据，而忽略了待测图像的本身颜色特性。进而引进了两种新的光谱重建算法，即基于图像原始颜色数码响应值的R矩阵法和多项式回归法；它们能有效的再现原始光谱的色度信息，但对光谱的再现精度还存在不足。因而提出了一种新的改进的光谱重建算法，即将多项式回归法与R矩阵法相结合共同构建新的光谱反射率方法。最后文中对这五种光谱重建算法作光谱恢复实验，并分别从均方根误差、色差、相对误差以及光谱反射比范数等几个方面比较分析这五种重建算法的优劣。实验结果表明，改进的R矩阵和多项式回归相结合的算法是可行的光谱重建算法，并且在颜色精度和光谱精度方面均优于一般的重建算法。本文提出的研究理念和技术路径，对多光谱图像获取系统的深入研究给出了全新思路，对高保真艺术品等的保存、修改、恢复和复制有着重要意义。