无扫描式激光三维成像技术是目前获取三维信息的一种新型技术,具有测量范围大、成像精度高和三维成像速度快等优点,被广泛应用于各种三维测量场景中,但是无扫描激光三维成像也有成像分辨率低和数据处理量大等问题。直到压缩感知理论的出现,为无扫描三维成像技术提供了一种新的三维成像思路——压缩感知三维成像。压缩感知技术一方面能够大幅减少测量次数,从而提高测量效率;另一方面,只需采用单像素探测器对光信号进行探测,相对面阵探测器,探测信号信噪比更高。本文对基于相位法测距的压缩感知三维成像系统开展了研究,在基于压缩感知的单像素相机基础上,结合激光相位法测距技术,实现压缩感知三维成像。首先,本文介绍了压缩感知理论的原理,包括信号的稀疏表示、测量矩阵和重构算法三部分。然后阐述了基于相位法测距的压缩感知三维成像的基本原理和总体方案,并建立了系统的数学模型。其次,根据该数学模型,在Matlab软件中对基于相位法测距的压缩感知三维成像系统进行了数值仿真。通过仿真实验,比较分析了相位法测距中的不同鉴相方法和压缩感知参数对成像结果的影响,优选了同步解调法、快速傅里叶稀疏变换基、局部哈达玛矩阵和最小全变分等作为实验参数。最后,对压缩感知三维成像系统中的关键器件(探测器、数字微镜器件等)进行选型,设计并搭建了基于相位法测距的压缩感知三维成像系统实验平台。完成了采样率和目标形状对成像效果的比较实验,实验结果验证了压缩感知三维成像原理的可行性和系统的有效性。