单像素成像技术是一种全新的成像方法,其以压缩传感理论为基础,利用单像素探测器采集场景光的线性测量值,通过重构算法重构出场景的图像。单像素成像为彩色成像提供了新的实现途径。目前对彩色单像素成像的研究主要集中在压缩传感中的单测量向量(Single Measurement Vector,SMV)模型下,即先分别独立重构红、绿、蓝通道的图像,再组合成彩色图像。在SMV模型下,重构过程未利用彩色图像多波段的结构特征,重构质量有待提高。因此,本文提出将多重测量向量(Multiple Measurement Vectors,MMV)模型应用于彩色单像素成像,利用彩色图像不同波段间的相关性,将彩色图像的三个通道作为一个整体直接重构出来,从而提高成像质量。本文首先分析了压缩传感中的SMV模型,以及基于此模型的单色单像素成像,为后续彩色单像素成像分析做铺垫。分别从图像信号的稀疏性、采样矩阵和SMV模型重构算法三个方面进行了深入分析,介绍了基于小波的图像稀疏变换变换,常见的采样矩阵和典型的重构算法。然后,本文分析了压缩传感中的MMV模型与彩色单像素成像。分析了 MMV的基本模型和重构算法,并且分析了彩色图像不同波段小波系数间的相关性,这种相关性符合MMV模型中稀疏源信号矩阵每列的稀疏支撑相同的前提,进而提出了基于MMV模型的彩色单像素成像。通过模拟仿真的方法,从主观视觉感受和客观评价指标两个角度,比较了本文提出方法和基于SMV模型的彩色单像素成像的成像效果。仿真结果表明本文提出方法的成像性能要优于SMV模型。最后,本文搭建了彩色单像素成像实验平台,对不同的目标场景进行了彩色成像实验。实验结果表明,基于MMV模型的彩色单像素成像具有比SMV模型更好的实际成像效果。