研究了在压缩感知基础上发展起来的3D单像素相机的成像机制。基于现场可编程的阵列(FPGA)和FMC子板设计了一种可以代替雪崩光电二极管(APD)单光子探测器的高速3D单像素数据采集系统, 以提高现有3D单像素相机系统的数据采集速度、降低系统成本。该系统基于Xilinx公司的FPGA和4DSP公司的FMC126子卡, 配合高速光电探测器来实现对光信号的高速采集, 同时获得目标物体反射光的光强信息和纵向距离信息, 其采样率为5 GS/s、分辨率为10 bit。系统采用脉冲采样模式, 最大程度地降低了数据量和计算成本。实验结果表明: 在用800 ps半脉宽的脉冲激光器作为光源时, 可以得到20 cm以上的纵向分辨率, 每次数字微镜阵列(DMD)调制后的采集时间由目标物体的纵向长度决定。该系统也适合激光三维成像, 脉冲激光测距等方面的应用。