高速运动物体的跟踪技术,在国防、交通、工业生产线等许多领域都具有广泛的应用前景。在实际应用中,大部分高速运动物体跟踪技术是基于图像信息去获取目标物体的空间位置。该类方法需要采集数据量比较大的图像序列进行分析,由于图像具有大量的冗余信息,导致图像获取、数据传输、数据存储等给有限的带宽带来很大压力,并且基于图像跟踪的定位算法复杂度普遍较高,使得高速运动物体的长时间跟踪和实时跟踪具有很大的难度。结构光主动照明探测技术是一种新颖的信号探测技术,利用空间光调制器产生的结构光场照明目标物体,对目标物体的空间信息进行编码,再使用单像素探测器进行信号采集,获取经过目标物体调制的光信号,最后通过重建算法还原目标物体的空间信息。本论文从减少目标场景冗余信息采集方面考虑,根据傅里叶单像素成像原理,提出基于结构光照明的高速运动物体跟踪技术。采用结构光主动照明探测的方式,分别提出了基于傅里叶切片定理的高速运动物体跟踪技术和基于傅里叶移位定理的高速运动物体跟踪技术。基于傅里叶切片定理的高速运动物体跟踪技术,使用傅里叶基底图案的结构光对目标场景进行照明,把目标场景中的信息(包含运动目标物体的信息)编码到傅里叶域,用单像素探测器完成信号的高速采集。通过直接获取目标场景图像的傅里叶变换谱k_x轴和k_y轴的切片数据采集,再通过逆傅里叶变换,得到物体在空域中x方向、y方向的一维投影,进一步计算得出运动物体的空间位置坐标。为验证提出的基于傅里叶切片定理的高速运动物体跟踪技术的可行性,进行了数值仿真实验和实物实验。该方法在结构光投影频率为10k Hz的情况下,系统帧率可达到556fps,定位一帧仅需数据量为1800字节。基于傅里叶移位定理的高速运动物体跟踪技术,同样是使用傅里叶基底图案的的结构光对目标场景进行照明,把目标场景中的信息(包含运动目标物的信息)编码到傅里叶域,最后用单像素探测器完成信号的高速采集。与基于傅里叶移位定理方法不同的是,该方法分别对场景前后帧的位于特定频率坐标的傅里叶系数进行采集,再根据傅里叶移位定理计算出运动目标物在前后帧之间的相对位移。通过连续监测,从而得到运动目标物的运动轨迹。为验证提出的基于傅里叶移位定理的高速运动物体跟踪技术的可行性,进行了数值仿真实验和实物实验。该方法在结构光投影频率为10k Hz的情况下,系统帧率可达到1667fps,定位一帧仅需数据量为600字节。