本发明公开了一种多维光信息测量系统和光信息处理方法，包括硬件模块和计算机，硬件模块包括准直光学模块、可变延迟器单元、可调滤波器单元、空间光调制器单元和图像传感器CCD，可变延迟器单元、可调滤波器单元、空间光调制器单元和图像传感器CCD均与计算机连接，计算机对硬件模块控制，使得可调滤波器每输出一个波长，第一可变延迟器和第二可变延迟器依次输出四组相位延迟，空间光调制器依次加载波长处的四个相位掩模，选出同一波长处SLM加载单透镜掩模时图像传感器CCD记录的四幅图像，进行光谱偏振图像处理；选出同一波长处SLM加载双透镜相位掩模时图像传感器CCD采集的12组全息图，进行光谱全息图处理，提高目标的探测精度。