衍射光谱计算成像技术是计算光学成像的重要组成部分,在光学遥感领域具有重要的应用价值。不同于传统的成像光谱仪,衍射透镜成像光谱仪利用衍射光学元件同时实现色散和成像功能,具有光通量大、结构紧凑、性价比高、可凝视成像、易小型化、稳定性高等特点,发展前景广阔。但是在数据采集的过程中,准焦波段图像会受到其他离焦谱段图像的干扰使其变得模糊,如何从污染严重的光谱图像中恢复出清晰图像成了限制衍射光谱计算成像技术发展的一个瓶颈。对于此类去除多通道耦合模糊的不适定反问题,现有重构算法的复原效果不太理想。本文聚焦衍射光谱计算成像技术,对衍射光谱图像重构问题展开深入研究,主要研究工作包括:（1）详细阐述了衍射光学元件的成像机理和三维衍射光谱图像的重构流程,探讨了两种点扩散函数的理论模型和保持成像系统横向放大率恒定的解决办法。根据衍射光谱成像原理,建立了图像退化的数学仿真模型,并搭建了一套窄波段衍射光谱成像系统。另外,进一步研究了现有重构算法的优缺点,为后续的算法改进打下结实的理论基础。（2）提出了基于多通道空谱全变差的衍射光谱图像重构算法。该方法综合考虑衍射光谱图像的空间和光谱先验信息并构造空谱联合全变差正则项,对重构结果施加局部空间平滑性约束和局部光谱平滑性约束。该正则项还能够根据各波段的空谱信息自适应地调节每个波段的去噪强度,并且由于加入了光谱全变差,从数学上降低了求解问题的病态性,使得所提方法能够得到一个稳定的近似解。此外,本文所提的方法利用交替方向乘子法和快速傅里叶变换算法将所提模型分解成多个简单的子问题,降低了求解难度。实验结果表明,本文所提算法能在保证求解速度的同时抑制重构结果中的噪声,保留边缘信息并减缓锯齿状光谱失真。（3）提出了基于低秩约束和自适应空谱加权全变差的衍射光谱图像重构算法,在多通道空谱全变差模型的基础上进一步改善了复原效果。该方法充分考虑光谱图像之间的高度相关性,引入了全局低秩性约束,用来分离无噪的具有低秩特性的衍射光谱图像和系统噪声。此外,综合考虑每个像素在空间水平、垂直方向以及光谱方向的结构信息构造自适应权重函数,用来调整不同区域中每个像素位置的局部空间平滑性和局部谱间平滑性约束的强度。改进后的算法在处理多通道模糊重叠且受噪声干扰的病态问题时能够进一步抑制噪声,改善光谱恢复的效果。