一直以来某些工业泄露气体(如六氟化硫、甲烷等)的红外成像探测系统主要采用高灵敏的致冷型面阵探测器，导致系统复杂，成本高，阻碍其普及应用。最近发展的单像素成像技术采用相对低成本的高灵敏单元探测器来实现目标物体的空间成像，而日益收到光电成像领域研究人员的关注。若将其应用于气体的红外成像探测则可以大大节省面阵探测器带来的成本问题。目前的单像素成像主要应用于鬼成像，将光源出来的光通过设备分成两束光分别处理和探测，目标光经过随机排列的矩阵通光结构后，被单像素探测器接收，最后根据随机矩阵的信息以及探测信号进行空间关联成像，还原物体平面的图像。
　　本文基于压缩感知理论和鬼成像技术，提出一种旋转式的单像素探测模型，用旋转的通光板代替鬼成像技术中的矩阵通光结构，减低采用随机矩阵带来的复杂度，同样可以以较小的误差还原入射光图像。本文的主要研究内容包括以下三个方面：
　　(1)建立单板旋转模型，探索旋转板结构替代鬼成像中随机阵列的可行性。首先从圆孔衍射理论出发，建立带权值且含有衍射圆孔的单板旋转模型。通过控制相关参数使得权值法可行的同时仿真误差不超过8%，但此模型的探测视场过小。为了实现较大的探测视场，建立了基于透射的5层圆孔单板旋转模型，给出不同半径上5个圆孔的打孔排列，经过旋转探测得到了线性方程组，再利用数学方法求得最优解。仿真结果证明了5个圆孔的视场探测是可以实现的，但此模型的不足之处在于打孔的排列方式不容易确定。
　　(2)结合两个单板旋转模型，建立一个含有衍射圆孔的双板双旋转的单像素探测模型。此模型能够实现旋转板一条半径上面5个圆孔位置的探测。具体思路是通过控制器控制单板旋转，使得两块旋转板各有一个圆孔恰好对准，即入射光光轴穿过两个圆孔。入射光经过两块单板的圆孔后会发生两次衍射，衍射光被中心轴上的探测器接收。然后通过权值法计算得到的原始光强就是此对准圆孔位置处的原始入射光光强度值。分别针对线性点列和整体图像旋转进行仿真，整体来说仿真效果良好，验证了本模型可以减小随机矩阵生成带来的时间复杂度问题，因此是可接受的模型。
　　(3)设计并建立了基于双板双旋转模型的探测装置，并进行初步测试。设计了两块旋转板的通光圆孔阵列参数，并采用微加工工艺制作基于玻璃衬底的旋转版；同时设计加工探测器固定装置，并进行双板旋转探测装置的对准和组装。之后进行线形照明的测试，初步还原了线性图的效果。