为了实现复眼系统小型化、轻量化，提出一种基于相机外凸式的安装结构。基于该种结构，首先分析了子眼系统视场角之和与光轴夹角之间的关系，通过两子眼系统视场边缘点之间的坐标关系，建立了与子眼间光轴夹角、子眼系统视场角、观测距离相关的视场重叠率计算模型。通过对此模型分析，复眼系统中子眼间光轴夹角应当小于子眼视场角之和，且大于子眼视场角之差；在上千米的观测距离下，子眼间的视场重叠率随观测距离的变化趋向于定值。依据此模型设计了一款19孔径的复眼系统。针对3 km外目标搭建了实验，采集了子眼图像数据，实验结果表明，复眼系统实现了79.23°全视场的无盲区监测，1级阵列间子眼的实际重叠率在X、Y方向分别为71.16%、45.99%；1级与2级阵列间子眼在X、Y方向同时存在重叠时的实际重叠率分别为43.00%、18.36%，只在X方向存在重叠时的实际重叠率为14.62%；2级阵列间子眼的实际重叠率在X、Y方向分别为66.58%、24.6%。理论重叠量分别为75%、40%；40%、20%；15%；70%、30%。通过子眼实际重叠量与理论重叠量的对比分析，验证了该视场重叠计算模型的可行性。

掩膜式光谱仪通过分光镜，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。为了解决掩膜式光谱仪轻小型化问题，针对光谱光学系统部分，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。并针对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。最终设计的系统在400~1 000 nm范围内，光谱分辨率均小于4 nm，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，实现良好像质；同时杂散光产生的信噪比为0.06，不影响光谱信息的采集。