一种单元探测器光学层析扫描时分调制成像系统，包括沿着待成像物体的成像面的正面方向顺序布置的像旋转装置、柱面镜和成像探测器；像旋转装置用于对入射的物体图像进行旋转，以生成旋转图像；柱面镜用于对入射的旋转图像进行一维积分放大；成像探测器用于采集经柱面镜一维积分放大后的旋转图像。本发明通过柱面镜对光信号进行一维积分，实现了对光信号的信号加强，即对经过柱面镜的旋转图像在积分方向上进行像素值提升。通过柱面镜和成像探测器的配合，相当于对待成像物体的反射光进行二次积分，使得成像探测器获得到的旋转图像的像素更加易于区分，从而使得最终获得的待成像物体的重构二维图像更加清晰。