本发明涉及一种紧凑型长序列频域重建超高速成像系统及方法，以解决采用多重曝光频域重建技术进行分幅数量较大的视频处理时，系统的复杂性、操作难度增加的技术问题。该系统包括脉冲光源及依次进行信号传输的结构光序列产生单元、高速场景发生单元、图像采集单元、数据处理单元；结构光序列产生单元包括分束衍射光学元件、第一傅里叶透镜、阶梯形延迟线及第二傅里叶透镜；控制单元分别与脉冲光源、图像采集单元相连接。该方法包括：1、脉冲光源发射一个脉冲；2、获得N对具有不同传播延时的光脉冲；3、获得N个正弦条纹结构光脉冲构成的结构光序列；4、获得结构信号光序列叠加图像；5、得到重建的动态场景高速图像。