压缩感知理论是关于信号采样和处理的一门新兴理论,它打破了经典的Nyquist-Shannon采样定理对于采样频率的要求,指出在一定条件下,可以用远低于采样定理要求的采样次数重构信号。基于压缩感知的三维成像,具有装置简单,成像距离远,适用光谱范围广等优势。本文介绍了三维成像和压缩感知的研究现状及压缩感知的基本原理,从基于压缩感知的二维成像系统出发,建立了基于压缩感知的三维成像系统。与二维成像不同,基于压缩感知的三维成像中,使用脉冲激光器作为光源,使用光子探测的APD单元作为探测器。论文详细介绍了基于压缩感知的三维成像系统的结构,并对于目标物体在距离上离散分布和连续分布两种情况分别讨论了成像算法。对于距离上连续分布的目标物体,特别提出切片的方法,在一定程度上降低了压缩感知的计算次数。论文重点提出了一种三维信息计算的改进方法,将距离信息加入压缩感知的计算,无论目标物体在距离方向上如何分布,只需两次压缩感知的计算即可获得物体的三维信息,大大减少了计算量。论文对基于压缩感知的三维成像进行数值模拟,讨论了采样率的提高对于物体三维信息重构精度的影响。特别的,对于改进算法,分析了采样率的提高对于距离计算精度的影响。建立实际的三维成像系统,对距离的计算精度进行讨论,证明了这种方法的可行性。