多光谱成像系统在遥感监测与勘探、医学检测与诊断、军事伪装识别、毒气识别等方面有很大的应用前景,能同时获得目标的空间结构信息和光谱信息。研发结构简单、体积小、重量轻,适于便携式、无人机等轻型平台的快照式多光谱成像系统,是光电探测领域的一个新的发展方向。本文研究了基于阵列滤光片和微透镜阵列的凝视型快照式红外多光谱成像系统。基于现有的光谱分光和成像技术,提出基于微透镜阵列、阵列滤光片的长波红外多光谱成像系统。完成了系统的设计及优化、微透镜阵列结构和阵列滤光片的设计及研制,搭建了3×4（12）通道的长波红外多光谱成像系统,开展了实验验证研究,证实了系统光谱响应与黑体标准辐射特性的一致性,主要研究内容和结果如下。（1）多通道光谱成像系统设计:通过ZEMAX优化设计,最终得到的多光谱成像系统的光谱范围为8-12μm,通道数为12,焦距为80mm,F数为1.6,总长为103.5mm,其单个通道的光学传递函数（MTF）在内奎斯特频率42 lp/mm处MTF均大于0.1,满足系统成像要求。根据光学系统设计完成微透镜阵列及阵列滤光片的结构设计,得到（3×4）的微透镜阵列,单个微透镜的尺寸、曲率半径分别为2.5×2.5mm、-1248.834;滤光片整个阵列大小及单通道的尺寸与微透镜阵列尺寸对应相等,每个微透镜阵列对应一个光谱通道;（2）滤光片设计:根据不同原理设计了两种阵列滤光片;1)基于具有亚波长结构的非透明金属薄膜的滤光特性,通过改变阵列微孔的结构参数（周期、直径）,在8-12μm范围内设计了一个光谱分辨率约为300nm的12通道阵列滤光片（A型）,每个通道的峰值透过率约为70%;2)基于法布里-珀罗（F-P）干涉原理,以9μm单通道膜系为基础通过改变间隔层厚度,设计了一个12通道的阵列滤光片（B型）,其光谱分辨率为40nm,每个峰值透射率基本为97%,截止透射率小于1%,半高宽为48nm;（3）滤光片制作:采用不同的方法制备两种滤光片,1)分别采用飞秒激光法、聚焦离子束刻蚀法（FIB）、光刻法等尝试制备A型滤光片,但由于实验设备限制,获得的滤光片测试效果不好,不能满足使用要求;2)采用组合套镀法,实现了 B型滤光片的制备,所得滤光片:光谱范围为9-9.5μm,光谱分辨率大约在30-60nm之间,具有12光谱通道,平均峰值透过率高于55%,各个通道的截止透过率均低于1%,峰值波长的位置与所设计的峰值波长最多偏离20nm;（4）系统搭建及光谱成像验证:基于微透镜阵列和阵列滤光片等搭建了 12通道的凝视型快照式多光谱成像系统,开展光谱成像验证。首先通过在不同温度的黑体下对目标进行成像,完成该系统的标定实验;然后分别对电烙铁和卤素灯进行成像实验,验证了该系统的光谱响应与标准黑体辐射特性的一致性。本文设计并搭建了一个基于阵列滤光片的快照式红外多光谱相机,不需要配合扫描装置,能够一次成像同时获得目标物体清晰完整的多光谱图像,实现了成像光谱仪的小型化及轻量化设计。