相对于传统的光学全息，数字全息通过采用CCD和CMOS等探测器简捷、高灵敏度地进行全息图的记录以及重现。该技术已经广泛地应用于无损检测、显微成像等领域，但是又面临着分辨率较低、数字再现时干扰大等挑战，同时高数据率也给数据存储和传输带来巨大的压力。压缩感知作为一种新进的采样理论，以远低于奈奎斯特采样速率采集信号的非自适应线性投影值，然后通过求解一个优化问题，精确地重构出原始信号。该技术为成像领域的研究提供了一个新的方向，因此基于压缩感知的许多新的应用已经在全息领域兴起，这种研究方法可为全息成像提供一种新的技术途径，从本质上提升现有全息成像系统性能。但是目前国内外的压缩全息技术都需要记录多幅全息图，这种方法由于需要对参考光的相位进行多次调节，因此会对实验结果造成误差。另一方面，传统的全息成像采用面阵的CCD或CMOS成像，在高分辨率或者特定波长条件下，硬件成本非常高。而采用基于压缩感知的单像素成像仅用一个光电检测器就能完成物体的压缩成像，可以大大降低成像器件成本，同时大大降低数据传输量，是一种可行的方案。　　本文以压缩感知和全息成像为理论基础，采用单像素压缩采样方式，提出一种压缩全息成像新方法。该方法首先借鉴Duke大学的压缩成像思想，将数字全息记录过程视作是压缩采样过程，采用层析成像方法获取二维或三维物体的单幅全息干涉图样，然后将获得的单幅全息图投影到由计算机生成的伪随机测量矩阵上，计算单幅全息图与测量矩阵的内积，这种计算内积的方法可以直接在对全息图像采样的同时完成图像压缩。在全息图像获取过程中不再需要传统记录全息图方法中的CCD或CMOS，使得成像过程不再受CCD分辨率的限制。本文只需记录单幅全息图，可以大大降低成像系统的数据量，减少误差，同时提高系统的实时性。本文的研究内容主要包括以下方面:　　1、介绍了压缩感知理论的研究背景及发展现状，并且从压缩感知信号的稀疏表示、测量矩阵设计和信号重构算法三个要素人手，介绍压缩感知理论内容，同时详细阐述了压缩感知的理论框架;　　2、介绍数字全息技术的概述及国内外研究概况，压缩感知技术在数字全息中的应用。介绍了数字全息图的记录与再现原理，整理了数字全息图的几种再现算法;　　3、结合单像素相机原理与单幅全息成像技术提出新的压缩全息成像系统，即基于单幅全息图的压缩全息成像系统。主要从单像素相机成像原理、单幅压缩全息图的记录、单幅压缩全息图的重构三个方面详细阐述系统的成像原理，并且通过仿真实验结果证明了该方法的可行性与优势。　　4、结合超导单光子探测器技术，提出了基于单幅全息图的压缩全息成像研究的应用。通过仿真实验结果进一步验证了成像系统的可行性以及突破超导单光子探测器不能面阵成像的限制。　　5、通过实验仿真的结果总结系统的不足，介绍下一步改进的工作。