本发明公开了一种基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统和方法。本发明搭建了基于衍射的共光轴双像面光谱编码成像系统，成像系统利用分光元件对入射光进行分光，以共轴双光路的系统代替单一光路的旋转衍射系统，将目标场景中的光谱信息分为两路记录在两个不同的二维像面上，获得四个通道的光谱混叠初始图像，通过对成像系统对应的点扩散函数标定系统的光谱标定，获得每个谱段的点扩散函数，并通过特定的谱段分割方法获得目标物体的清晰光谱图像以及光谱信息。本发明解决了可见光与近红外光无法在相同的曝光时间下同时获得较好信噪比图像的问题，提升光谱图像重建质量，更好的利用衍射元件的角度范围，细分光谱信息编码，获得更高的光谱分辨率。