本发明提供一种天文目标成像系统。技术方案包括望远镜物镜，宽谱偏振分光棱镜，中央控制装置，数字微反射器件式空间光调制器，第一相机，第二相机，第一中继镜，第二中继镜，第三中继镜，第四中继镜，宽谱段1/4波片。第一中继镜位于望远镜物镜与宽谱偏振分光棱镜之间；第二中继镜位于宽谱偏振分光棱镜与第二相机之间；第三中继镜位于宽谱偏振分光棱镜与数字微反射器件式空间光调制器之间；第四中继镜位于宽谱偏振分光棱镜与第一相机之间。宽谱段1/4波片位于宽谱偏振分光棱镜与第三中继镜之间。第一中继镜、第二中继镜、第三中继镜、第四中继镜分别正对宽谱偏振分光棱镜的四个可用的表面摆放。本发明能够得到大视场天文目标的清晰成像。