光谱成像探测技术结合光谱分析技术与成像技术， 能同时获取目标的空间信
息和光谱信息以完成对目标的探测。 因具有非接触、精准探测等多项优点， 光谱
成像探测技术现已在天文遥感、医学诊断、食品安全检测、军事监测等多个领域
得到广泛应用。 然而， 传统光谱成像系统却由于其系统体积较大、需要光谱扫描
采样时间， 导致该系统不符合小型化、轻量化、便捷化的发展趋势。 为解决上述
问题， 学术界提出一种基于超构表面与压缩感知算法的微型光谱探测技术。 其中，
超构表面是一种人工结构功能材料， 具有结构紧凑、 体积小、 对电磁波的光谱、
振幅信息灵活调控等特性。 然而， 在现有基于超构表面的微型光谱探测技术中，
超构表面设计方法却存在定量分析较少和优化困难的问题。 为解决这些问题， 本
文开展了基于超构表面的光谱探测技术的相关研究，主要研究内容包括以下两个
方面：
1. 针对现有基于超构表面的光谱探测系统存在的超构表面设计方法缺少定
量分析、无法保证重建质量的问题，本文量化分析了超构表面透射光谱的相关性
均值与重构信号保真度的影响，并提出一种用于高光谱探测系统的低相关性超构
表面设计方法。 首先， 本文通过公式定义多个超构表面透射谱的相关性均值以及
重构信号保真度，然后提出一种按照超构表面透射光谱的相关性均值间隔[0.1-
0.3], [0.3-0.5], [0.5-0.7], [0.7-0.9]对超构表面选择设计的方法，并按照流程图详细
阐述该方法步骤。 为验证所提出方法的优势，本文从众多光谱选择了 10 条宽带
光谱及图像光谱进行展示。 相较于随机选择设计方法，本文所提出方法能对选定
10 条宽带光谱及图像光谱信号的重建质量进行优化， 宽带光谱重建保真度的增
幅可达 13.17%，图像光谱信号的重建保真度也得到了一定的提升。
2. 本文提出了一种基于微区光谱仪的图形结构透射光谱及调制光谱可视化
的测试方法， 该方法采用微区光谱仪对所有结构参数图形结构的透射光谱以及窄
带光谱、宽带光谱经所有图形结构后的调制光谱进行了测试， 结合所测得的图形
结构透射光谱、经处理后的调制光谱以及压缩感知算法， 本文在实验上验证了该
图形结构对于窄带光谱、宽带光谱的光谱重建特性。 此外，本文还结合超构表面
透射光谱与压缩感知算法， 完成了基于超构表面的光谱探测系统的分析与光谱性
能验证，该光谱探测系统实现了对窄带光谱信号、宽带光谱信号以及彩色图像的
光谱重构。