本发明提供了一种基于像面分割光场的光谱深度成像装置及方法，首先进行原始图像数据采集，通过对目标景物光波场辐射依次进行会聚成像、像面分割反射、准直、分光色散和光场阵列成像后可获得目标景物的像面分割光谱光场分布图像数据；然后再进行空间、深度和光谱图像数据重构，通过像面分割重构方法和光场深度估计算法，对目标景物的像面分割光谱光场分布图像数据进行恢复重建，得到目标景物的二维空间分布、深度估计和光谱辐射信息。本发明具有系统结构简单、鲁棒性高、光通量高、重构数据信噪比高、适用范围广等优点。