传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器，在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号，然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟，且成本较为低廉，因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注，期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外，单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要，研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法，这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理，并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。

关联成像作为一种新型的计算成像技术，使用不具备空间分辨能力的单像素探测器，结合空间光场调制技术，运用关联算法重构出目标的二维空间信息，成为近二十多年来广泛关注的研究课题。单像素探测器和结构光调制器作为关联成像中的两个核心要素，其性能直接决定了关联成像的各项指标。单像素探测器往往具有极高的光谱响应范围和工作带宽，但结构光调制器却少有与之匹配的性能。因此在一定程度上，结构光调制器的更新历程决定了关联成像技术的发展史。到目前为止，在关联成像中常用的结构光调制器有毛玻璃、空间光调制器、LED阵列以及掩膜版。其中，掩膜版作为一款有着悠久历史的结构光调制器，目前依旧是关联成像中空间调控的重要手段，并发挥着不可替代的作用。以关联成像的基本概念和发展历程为铺垫,着重介绍了一些基于掩膜版调制关联成像技术的工作原理及应用前景，并对非光学波段的掩膜版关联成像工作进行了简要的总结。

关联成像是通过对测得的参考光和信号光进行关联计算来获取物体信息的新型成像技术。在复杂环境中，湍流、散射等因素会以噪声的形式影响信号光的测量。由于关联成像中信号光是以桶探测器来测量的，因此，对这种含噪信号光的处理及其在关联成像过程中的影响有必要进行系统地研究。文中系统地回顾了笔者所在课题组在上述背景下的相关研究。首先，简述了复杂环境下的关联成像模型；然后，分析了含噪信号光对二值目标和灰度目标关联成像的影响；接着，对大气信道中湍流引起的信号噪声进行了测量和分析，最后，对关联成像的应用进行了展望。

为克服扫描方式多光谱成像无法捕获动态场景下的多光谱数据，提出了一种基于相位调制实现运动目标单次曝光多光谱成像方法。该方法将关联成像技术、压缩感知技术与光谱成像相结合，在成像光路中引入空间随机相位调制器，对运动目标物体三维图谱信息数据进行调制和压缩，然后利用探测器获取二维混叠信号，实现单次曝光获取运动目标的三维图谱信息重构，具有光能利用率高、成像时间短、系统结构简单等优点。实验结果表明：单帧CCD探测信号的电子数均值从200 e⁻按100 e⁻的间隔增加到1300 e⁻时，随着电子数均值增加，重构图像相对均方根误差rRMSE值对应减小，重构图像质量提高；当步进电机以30 Hz速度带动目标物体连续运动时，可获得较好质量运动物体的多光谱重构图像；采用光谱仪对目标物体中不同谱段的光谱分布曲线进行测试，所得结果与重构图像的光谱分布曲线相吻合，证明了该方法的有效性。研究结果对多光谱关联成像技术在无人机平台、动态监测等领域的应用提供了有益借鉴。