成像光谱仪有机的结合了成像技术与光谱技术,可以对自然界中存在的物体发出不同波段的光谱信息进行探测并且能区分不同的光谱信息。自其问世以来,便被广泛应用在空间遥感领域,成为光学遥感对地观测的最重要手段之一。由于近年来无人机技术得到了快速发展,使机载平台的特点更加突出。为满足新型平台的搭载需求,研制小型化的成像光谱仪越来越受到重视。而成像光谱技术和光学系统的实现方式,是决定了系统总体轻小型化的重要因素。因此需要从总体设计方案、光学设计、元件选取等诸多方面进行综合优化。传统成像光谱技术受实现光谱信息获取原理的限制,需要平衡各个光学性能指标之间的关系,提高其中某一个指标一定会导致其它光学指标的下降。而计算成像光谱技术的出现解决了这一难题,它结合了光机电学科的优势,实现对成像光谱技术整体光学性能指标的提升,突破了传统光谱技术的难点,为研制具有更高分辨率、更加小型化、轻量化的成像光谱仪提供了技术支持。本文基于计算成像光谱技术所设计的轻小型光谱成像光学系统通过分光镜,将入射场景分为空间维和光谱维两路分别采集,然后对其进行信息融合,实现光谱高动态视频信号的获取,在动态高光谱成像领域具有广泛的应用价值。为了解决成像光谱仪轻小型化问题,针对光谱成像光学系统部分,进行镜片数量的精简化设计,采用光栅替换传统棱镜,在实现线性色散的同时使结构进一步紧凑。对系统公差和光栅无用级次产生的杂散光问题进行分析,论证了系统设计的可行性及合理性。最终设计的系统在400-1000nm范围内,光谱分辨率均小于4nm,全视场奈奎斯特频率处平均调制传递函数(MTF)均大于0.4,像面照度均匀性高于0.9;同时杂散光产生的信噪比为0.06,不影响光谱信息的采集,并且在较松的公差下,成像质量优良。