光谱成像作为一种同时获取目标空间信息和光谱信息的探测技术，不仅在航空航天遥感领域广为应用，而且已经逐步渗透到生物医学成像、艺术品保存与鉴定、食品安全监测以及植物的病虫害防治等众多领域。　　 本文首先从光谱成像的概念出发，简要回顾了30多年光谱成像技术的应用历程和近几年的发展状况，介绍了6种典型光谱成像技术的特点及其成熟度，指出光谱成像技术的发展趋势在于谱段的拓宽、光谱分辨率的提高和小型化紧凑化。Fery棱镜是一种集色散和成像功能于一体的光学元件，虽然已被发明100多年，但直到上个世纪90年代才被引进到光谱成像技术。本文建立了Fery棱镜的近轴光路模型，推导像差方程求解了两种成像质量好的初始结构。与其他色散方式对比，这种分光方法具有能量利用率高、结构紧凑、成像质量好等优点，非常适合高空间分辨率和中等光谱分辨率的光谱成像仪。从光学设计的角度，简要介绍了光谱成像光学系统的前置物镜和光谱成像主体的设计要素和原则，分析了3类使用最多的前置物镜型式、各自的优缺点以及适用场合。重点研究了Fery棱镜光谱成像系统的光学结构设计，根据像差分析的结果，提出了3种类型的Fery棱镜光谱成像系统，分别是轻巧型、大视场Offner型和线性色散型，并对这三种光谱成像系统进行了实例设计，给出了图像和光谱质量评价。最后，探讨了Fery棱镜高光谱成像仪工程实现过程中的一些问题。从总体指标确定探测器，再分配光学参数指标给光谱成像主体和前置物镜。光谱成像主体采用了Offner大视场的设计，重点考察色散性能、像散、畸变和谱线弯曲等。前置物镜采用了外置光阑的改进型双高斯结构，重点校正球差、像散、场曲等像差。考虑到使用过程中的地气杂光，设计了遮光罩和挡光环，在Tracepro中建模并仿真点源透过率比小于10-3量级。考虑到实际加工，对全系统公差进行了分析和分配，并介绍了常规光学元件的加工工艺，构思了Fery棱镜的加工方法。加工完成以后，用Zygo干涉仪、Optikos传函仪和星点检测法分别对反射镜的面型、前置镜头的焦距和传递函数、光谱仪的成像质量等参数进行了测定。最后搭建了光谱定标和辐射度定标装置，测定了部分光谱指标，简要阐述了辐射度校正算法，并进行了室内和室外推扫成像实验，获得了高光谱图像数据。