关联成像,也称为“鬼成像”,是近年来兴起的一种新型的成像方式,因其新颖独特的特点得到了广泛的关注,成为研究热点之一。关联成像具有抗干扰能力强、高分辨率,可以实现单像素成像,弱光成像等特点。本文在讨论了关联成像基本原理的基础上,探索基于单光子探测的关联成像,利用时间相关单光子计数(TCSPC)技术实现了计算式关联成像。本文的主要内容如下:(1)首先分析了关联成像的基本原理。讨论了热光场的强度关联模型,推导了热光场的二阶关联函数;分别介绍了基于纠缠光源和基于(赝)热光源的成像方案,重点讨论了无透镜热光关联成像。基于赝热光源的关联成像利用光场强度涨落的关联来获取目标的信息。(2)实现了基于TCSPC的计算式关联成像。首先讨论了工作在盖革模式下的雪崩光电二极管(SPAD)的探测模型,在弱光条件下,SPAD可以视为一个线性器件。介绍了时间相关单光子计数(TCSPC)技术的基本原理,提出了基于TCSPC技术的计算式关联成像方案。设计并实施了具体的成像实验,利用数字微镜器件(DMD)实现对光场的调制、SPAD实现单光子探测,实现了弱光条件下的关联成像,并对成像结果进行了分析。提出了一种改进的关联成像计算方法,可以在一定条件下改善成像质量,提高成像速度。(3)实现了基于单光子探测的远场三维关联成像。在介绍了基于激光测距的三维关联成像的基本原理的基础上,提出了基于单光子探测的、利用TCSPC技术实现光子计数的三维计算式关联成像方案。成像方案分为前调制与后调制方案,分别搭建并调试了具体的实验系统,详细介绍了系统的各个组成部分,并进行了外场系统测试,最终实现了远距离高分辨率的三维关联成像。