基于计算成像的一个重要分支——计算断层成像,本文将计算断层成像概念引入目标表面特征探测,并借鉴圆锥狭缝式扫描成像的思想,设计了一种一维投影采样的光学凝视层析成像系统。本成像系统基于断层扫描的投影重建理论,将傅立叶域中滤波函数与投影函数的乘积转换为空间域中对应函数的离散卷积,解决了投影数据在傅立叶域中插值困难以及数据失调导致重建伪像等问题。为了直接获取目标物的一维投影数据,本文使用一种光学调制方法,通过柱面镜与成像镜组的合理组合实现了将目标物体二维图像信号调制为一维投影积分信号。通过仿真软件ZEMAX分析光学调制系统的光学特性以及信号衰减并设计一种优化后的一维光学调制模型。在目标无接触且探测器凝视的情况下,为实现多角度的目标投影数据采样。本文根据别汉棱镜的光学转像特性,研究推导了别汉棱镜的三轴失调导致的像跳轨迹方程,设计了一种在成像光路中实现目标像转动的简易机械装置,该装置与圆锥狭缝式的扫描结构相比更加简易,增强了系统的采样稳定性。搭建了一套完备的硬件系统,系统通过自行编写的上位机程序控制步进电机与采样相机,实现自动化装置校准、数据采样、数据调理和图像重建。通过对美军F-117飞机模型的表面特征探测实验,论证了实际探测中Sinc滤波器在重建图像的抗噪声性能优于R-L滤波器,表现为明显降低滤波反投影算法中的振铃效应和噪声抑制。与现有的成像技术相比,本系统无需探测器的平移扫描运动,因此在稳定性与抗噪性上更有优势。同时本系统所需靶面尺寸仅为1×N,因此在红外层析领域可显著降低探测器的制造成本以及探测器装置的大小,在未来可应用在精密仪器以及微型便携设备中。