光谱成像技术是将光谱分析与成像合二为一的光学多维数据探测技术。自从20世纪80年代，光谱成像的思想首次被提出以来，由于其能够获得目标场景的I（x，y，λ)三维数据立方体，使得其被广泛应用于军事安全，环境监测，生物科学，医学诊断，科学观察等诸多领域。传统鬼成像的信号采样模式与压缩感知理论(CS)相吻合，因此利用图像的稀疏特性，可以将两者有机的结合在一起，形成基于稀疏和冗余表象的鬼成像(Ghost Imaging via Sparsity Constraints，GISC)技术，其能够突破奈奎斯特采样定理，有效地提高采样效率，同时又具备了鬼成像技术探测灵敏度高等一系列优点。同时将上述的GISC理论与当前光谱成像技术中的研究热点——快照光谱成像（snapshot spectral imaging）技术相结合，便是本文所要介绍的基于平场光栅的稀疏约束鬼成像光谱相机理论。此系统采用平场光栅作为分光色散模块，使得不同波长的光场在空间上分离，然后经过空间随机相位调制器的调制产生散斑场，将三维光谱图像数据立方体调制成沿光谱维展开的二维数据平面，从而可以通过二维探测器记录光谱分辨率和空间分辨率独立可调的全谱段光谱图像信息。此光谱相机具有高的能量利用率和信号采样率，成像时间短，同时将光谱分辨率与空间分辨率解耦可调，使得其在日后的工程实用中具有重大的应用前景。　　本文的内容主要包括为:　　第1章，由于基于平场光栅的稀疏约束鬼成像(GISC)光谱相机是将光谱成像技术，鬼成像技术，压缩感知理论三者相结合的成像方式，因此本章中首先简单介绍了光谱成像技术的相关理论及其分类，其中着重阐述了与本文相关的快照光谱成像（snapshot spectral imaging）技术的发展历程，然后说明了光谱成像技术在实际应用中的发展历史及其未来的发展趋势。接着又简单地介绍了鬼成像技术和压缩感知理论的基本概念以及发展历程。　　第2章，为了使得系统的空间分辨率和光谱分辨率得到解耦，在原有的GISC光谱相机的系统里加入平场光栅作为色散元件。因此本章首先介绍了传统光谱成像技术中最为常见的两种色散元件——棱镜和光栅，着重阐述了使用光栅作为色散元件的分光方式及其发展历程，引出了本文采用的色散元件——平场光栅。接着便简单地介绍了平场光栅的色散和成像原理，以及其相关技术的发展情况与趋势。在此基础上，便提出了基于平场光栅的稀疏约束鬼成像光谱相机的系统方案，从理论上推导了系统的成像模型，并分析和对比了此系统与未加入色散模块的系统的光谱分辨率和空间分辨率，发现加入色散模块后系统的光谱分辨率得到较大的提高，而其空间分辨率基本未受影响。　　第3章，为了验证理论推导结果的准确性以及此系统方案的可行性，则需要通过实验与数值模拟的方法。本章首先介绍了实验平台的搭建以及实验数据的获得，通过对获得的实验数据的处理得到了系统的光谱分辨率与空间分辨率，并与理论推导得到的结果进行了对比，在误差允许范围内，理论结果与实验结果吻合得较好，验证了理论的准确性。然后采用实验得到的测量矩阵进行了数值模拟，说明了此成像方案在实际成像实验中的可行性。最后搭建了基于平场光栅的GISC光谱相机的实验平台，并初步完成了实物目标的成像实验。　　第4章，论文的总结以及未来的展望。