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压缩传感理论是一种新颖的信号采集与处理的理论,该理论指出：对于稀疏或可压缩的信号,可以采取比Nyquist低得多的采样频率进行数据采样,通过使用恰当的恢复算法仍能准确的重构原始信号。压缩传感理论一经提出,就受到高度关注,经过这些年的发展,其应用范围已涵盖了信号处理的诸多领域,特别是成像领域。压缩成像由编码(传感)和解码(重构)两阶段构成,其主要思想是通过有效欠采样测量加上计算方法抽取高质量图像。其中较为典型的是Rice大学开发的单像素相机,但是该相机的缺点是每次曝光只能获得一个测量值。压缩编码孔径成像可以在单次曝光的情况下获得所有测量值。压缩编码孔径成像通过在压缩成像的光学系统中增加一个编码孔径,引入比一个针孔孔径更复杂的点扩散函数,以提高输入光信号打击在检测器上的信息量,在不牺牲分辨率的情况下对图像进行编码测量；重建阶段借助压缩传感重建算法从编码测量值中高质量地恢复原始图像,实现压缩图像的重建。实验表明,在相同大小和分辨率的条件下,压缩编码孔径成像的方法对光的利用率大大提高,且利用编码孔径掩膜的随机调制特性能够记录下更多的信息,从而重建出更高质量的图像,同时对噪声也有较好的鲁棒性。借助在灰度图像的压缩重建与超分辨率成像上工作,本论文将压缩编码孔径成像扩展到彩色成像领域,重点围绕压缩编码孔径彩色成像的理论、重建算法以及光学成像系统等若干问题展开研究。本文的主要工作和创新点总结如下：(1)回顾了压缩传感的基本研究内容,以及传统针孔相机成像和编码孔径成像的相关知识。在此基础上,分析了压缩编码孔径成像引入的主要目的,并从测量矩阵结构和成像系统角度研究了压缩编码孔径成像(CCAI)方法。实验采用了分块压缩传感方法,在标准灰度测试图像上比较了不同采样率下,有无编码孔径对成像质量和对噪声鲁棒性的影响,验证了压缩编码孔径成像方法的有效性；(2)将压缩编码孔径成像拓展到彩色成像领域,给出了基于RGB三通道的压缩编码孔径彩色成像系统(CCACI)。该彩色成像系统使用不同的编码孔径,对彩色图像的RGB三通道分别进行压缩测量与重构,然后合成最终的彩色图像。在标准彩色图像上,通过比较不同采样率下的重构结果质量和鲁棒性,验证了基于RGB三通道的压缩编码孔径彩色成像方法的有效性；(3)由于彩色图像的RGB三通道之间的相关性很高,充分利用彩色三通道之间的相关性,给出了一种基于彩色通道相关性的压缩编码孔径彩色成像方法(CCCACI),将彩色图像的通道相关性考虑到成像中,使用一个编码孔径,通过单次曝光同时获得彩色RGB三通道的压缩测量值,然后进行彩色图像重构。在标准彩色图像上,通过对不同采样率下的重构结果质量的比较,验证了基于通道相关性的压缩编码孔径彩色成像的方法的有效性。