近十年来，水下光谱成像技术得到了一定的发展，它将二维空间信息和一维光谱信息相融合，使隐藏在狭窄波段内的光谱特征被发掘出来，具有高光谱分辨率和高空间分辨率的优势，在海底矿物勘探绘图、海底生态环境调查、海洋考古调查等方面表现出了巨大的潜力。
　　本文在深入调研水下光谱成像技术发展现状的基础上，提出了基于液晶可调谐滤光片(LCTF)的凝视型水下光谱成像技术，并围绕该技术进行原理结构设计、理论模型建立、软硬件研制、定标测试分析、性能验证评估与水下应用探索等一系列研究工作。首先，基于LCTF的工作原理和特性，提出了“成像镜头-LCTF-图像传感器”的核心结构，建立了完善的水下光谱成像理论模型。在原理结构和理论模型的指导下，开展了系统硬件设计与集成，研制了基于LCTF的水下光谱成像仪样机，开发了系统控制算法与软件。系统可快速任意切换不同波段，高效采集感兴趣目标的光谱图像数据，并准确快捷地提取光谱特性曲线。
　　为了保证系统采集数据的真实性和准确性，开展了一系列关键参数的定标测试。光谱定标结果表明，系统光谱响应范围覆盖400nm～700nm，光谱分辨率为6.7nm～18.5nm。在系统定标基础上，研究了不同浊度水体条件对水下目标物光谱反射率重建的影响，结果表明，不同浊度条件下光谱反射率重建最大绝对误差为5.3%。为了校正不同水下成像距离下的光谱响应，开展了水体衰减补偿算法的研究，建立了水体衰减补偿理论模型，试验结果表明平均补偿误差小于5.1%。
　　在定标测试和性能验证的基础上，开展了水下光谱成像技术的应用探索。白色海参、海草、气泡珊瑚的荧光光谱探测结果表明，系统能够直观准确地获取目标物的荧光光谱特征。海试结果获得了鹿角珊瑚不同部位的光谱特征与荧光光谱特性，并验证了系统应用于海底表层目标物原位观测的可行性和可靠性，为水下目标物的深层次细节提取与定量分析提供了新的技术支撑。