本发明公开复眼原位监测单元、微观调节单元及其多光谱成像系统，复眼原位监测单元包括球面安装罩以及设置在所述球面安装罩上的成像组件，所述球面安装罩上设置有球面栅格阵列，所述球面栅格阵列包括5行4列共20个安装点，每个所述安装点安装有1组所述成像组件，所述成像组件包括CCD光学数字相机组件、DIC数字散斑光源组件、IR红外光谱组件、拉曼光谱组件和太赫兹光源组件；本发明能够突破传统材料原位测试技术仅能与一种成像表征技术集成的局限，通过多种成像组件组合应用，能够同时获取材料由表面到内部，由宏观到微观的丰富结构演化信息，建立多光谱成像信息演化与载荷作用间相关性，即能够深入理解材料微观失效和变形损伤机制。