单像素成像技术以其较强的弱光探测能力和较宽的工作波段在生物医学成像领域有着广阔的应用前景。通过将单像素成像技术与内窥成像技术相结合，提出两种腹腔镜全彩单像素内窥成像技术方案：一种是RGB三色光源方案将颜色和空间信息分别按时序分配给照明和检测双方，另一种是白光光源方案通过三个探测器同时采集颜色和空间的信息。搭建了两种腹腔镜全彩单像素内窥成像系统，设计了模块化的单像素相机，以多色彩条和肠道模型为成像目标，通过实验从峰值信噪比、结构相似度和成像速度等方面，系统量化分析了两种全彩单像素内窥成像系统的技术指标。实验结果表明，两种方案峰值信噪比和结构相似度接近，而白光光源方案成像速度更快，可以适配各种腹腔镜进行内窥成像，为推动单像素成像在内窥成像领域的应用提供了理论指导。

不同于使用阵列探测器的常规数码相机，单像素相机使用不具空间分辨能力的单像素探测器对目标进行成像。由于其工作波长覆盖广、灵敏度高，单像素相机在特殊波段和弱光照明等特殊场景中较普通相机更有优势，在遥感探测、显微成像、**侦察等领域得到广泛应用。提出一种紧凑型单像素成像系统，该系统利用数字微镜阵列的工作特性形成了对称的折叠双光路以快速完成差分测量。紧凑的结构降低了相机系统的体积，使系统可采用标准尼康镜头作为成像透镜。系统具有双光路差分成像、双光路平均降噪、宽谱波段成像、双光路交替采样等多种模式，并且可根据场景对重建图像信噪比、实时帧率、成像波段的不同需求切换应用模式。基于系统样机的实验结果表明其能实现预期的功能、达到相应的性能。紧凑型单像素成像系统的提出是一次较成功的单像素成像工程化尝试，为单像素成像技术后续的实际应用奠定了较好的技术和工程基础。