成像光谱技术是成像技术和光谱技术的有机结合,是当代遥感科学的前沿学科。成像光谱仪可以获得包含目标物体的二维空间信息和一维光谱信息的三维数据立方体,是成像光谱技术的典型应用。在中波红外波段,以傅里叶变换成像光谱仪为代表的干涉型成像光谱仪得到了广泛的应用。傅里叶变换成像光谱仪按照调制方式可以分为时间调制型、空间调制型以及时空联合调制型三种类型。时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪具有多通道、高通量、高稳定性等优点,在环境监测、应急警报、矿藏勘测、大气测量、空间遥感等领域都有广阔的应用前景。数据处理是成像光谱仪应用的基础,不同的调制方式所对应的的光谱与图像的还原方法也不相同。针对应用需求,本论文开展了基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制型傅里叶变换红外成像光谱仪光谱复原与图像拼接研究。利用成像光谱仪所获得的干涉数据立方体,进行了光谱复原与全景图像拼接研究。通过光谱复原获得目标物体的光谱曲线;通过图像拼接获得一个扫描周期内目标物体的全景图像,进而获得目标物体的空间位置信息。本论文的研究工作主要有以下四个部分:一、完成了原理样机的集成与调试工作,进行了外场实验,成功获得目标物体的数据立方体,取得了良好的实验效果。二、由于多级阶梯微反射镜的存在,不同干涉级次的干涉图像单元之间存在明显的竖直边缘,根据边缘特点,提出了一种基于极坐标Hough变换的图像分割方法,结合仪器设计参数以及边缘检测结果完成了实验图像分割,取得了良好的效果。三、完成了光谱复原工作。利用直接图像拼接方法将分散在三维数据立方体中的目标物体光谱信息拼接到了二维平面上,对拼接后的光谱图像进行重采样得到了一维干涉图序列。针对多级阶梯微反射镜子阶梯高度误差会在复原光谱中引入固定相位差的问题,提出了一种基于重采样的校正方法,有效的校正了固有相位误差。针对现有仪器分辨率不足的问题,提出了一种基于经验模态分解的光谱分辨率增强算法。通过经验模态分解将复原光谱信号按频率分解为不同的部分,结合光谱信息特点,增强信号高频部分、抑制低频部分,得到了优于设计指标的光谱分辨率。四、完成了全景图像拼接工作。采用基于特征的方法经过特征点检测、特征描述子构造、特征匹配以及图像融合等步骤完成了全景图像拼接,针对多级阶梯微反射镜引起的光强跃变问题,提出了将图像转换到HSI颜色空间进行边缘亮度分量调整的方法,有效保留了干涉图像单元信息。