本发明公开了区分荧光辐射光谱图像和反射光谱图像的成像系统及方法，该系统包括：物镜、第一光栅、第一凸透镜、第二凸透镜、蒙板、第三凸透镜和光传感器，场景辐射的荧光和反射的光依次经过所述物镜、第一光栅、第一凸透镜、第二凸透镜、蒙板和第三凸透镜到达所述光传感器。本发明在两次曝光后捕获的编码图像中能够恢复两组不同特性的高光谱图像，能够实现对动态场景的分析。本发明使用了空间维度和光谱维度的联合编码，克服了之前高光谱成像中在时间、空间维度做出的牺牲。本发明恢复的结果具有对噪声的鲁棒性。