单像素成像是一种使用单点探测器获取目标物体空间信息并重建物体图像的技术。由于单点探测器的制作成本一般低于面阵探测器,尤其是制作可工作在非可见光波段的单点探测器相对更加容易,因此单像素成像技术对于非可见光成像领域意义重大。同时由于单像素成像在探测过程中仅获取光强值作为重建数据,相比于传统成像技术的要保证面阵探测器与目标物体之间无遮挡物才能成像的限制,单像素成像可通过探测散射光进行成像,故对成像环境的要求相对低很多,因此单像素成像在弱光成像和探测散射光成像的应用中也占据重要地位。然而,单像素成像技术的成像质量与传统成像技术仍有一定差距,且单点探测器相对于面阵探测器最大的劣势是,无法通过单独一次探测直接获得目标物体的位置信息。因此单像素成像需要大量的测量次数才能弥补单点探测器在位置信息获取能力上的缺失。尤其是要重建高分辨率的图像,单像素成像技术耗费的测量次数就相当可观了。漫长的数据采集时间造成低下的成像效率严重制约了单像素成像技术的实用性,也阻碍了相关研究的发展。为解决单像素成像技术中采样效率低下的问题,本论文开展了关于提高采样效率研究高效率的单像素成像方法。本文首先通过对目前常用的单像素成像技术进行对比,得出了傅里叶单像素成像是采样效率最高的单像素成像技术的结论。在此基础上,进而对具有空间稀疏性与频域稀疏性的目标物体,分别提出了两种进一步提高傅里叶单像素成像采样效率的方法。通过根据目标物体的特征有选择地进行采样,在将采样数量大幅度降低的同时,保证较高的成像质量,以此成功地提高了单像素成像的采样效率。