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衍射光谱成像技术是将衍射技术与光学元件成像性能相结合的一种成像技术。利用这种技术研制成的衍射透镜成像光谱仪(DOIS)具有光谱分辨率高、光通量高、信噪比高、体积小、价格低且便于实现轻量化、小型化等优点,在大气监测、影像分析、植被分类等众多领域有着广阔的应用前景。本文围绕衍射光谱成像技术,主要对成像原理、系统搭建、图像复原进行阐述和研究。具体工作如下:1)阐述了衍射透镜的成像特性与成像优势,研究了DOIS的基本成像原理与图像重构流程,对衍射光谱成像进行了仿真,并搭建了一套衍射光谱成像系统来对实验图像进行采集,同时提取出系统所成模糊像以及原始清晰像的光谱曲线。2)利用稀疏先验法、暗通道法以及Janson-Van Cittert(JVC)法这三种当前流行的传统图像复原算法,分别对DOIS成像进行复原。通过光谱曲线对比以及拉普拉斯梯度、图像质量指数(QI)、均方根误差(RMSE)的比较发现JVC法对衍射光谱成像有更好的表现。3)提出了一种基于正则化并融合规则滤波器的改进逆滤波算法。传统的图像复原算法由于没有考虑衍射光谱成像的成像原理,仅通过模糊核估计或迭代等方式对图像进行复原,因而复原出的图像丢失了光谱信息,使我们并不能从中提取出地物特征。改进的逆滤波算法根据DOIS成像原理,通过正则化并融合规则滤波器的方法,可以很好地将清晰像从叠加的模糊像中分离出来,在保留了光谱信息的同时还在一定程度上对噪声进行了抑制。通过定量和定性的对比分析发现,本文提出的改进算法在恢复图像清晰度,拟合光谱曲线,恢复光谱信息等方面都较传统方法有很大的改进,可以有效的提升衍射光谱图像的复原效果。