关联成像,又称为鬼成像,因其新颖的物理特性,近年来成为光学成像领域的研究热点。关联成像是一种利用两路相关光进行成像的新型成像机制,其中一路光直接照射物体后经桶探测器接收,另一路光不与物体作用,直接由阵列探测器接收,之后将两路探测结果进行关联运算,能够实现对目标物体成像。与传统光学成像相比,关联成像具有抗干扰性能优越,成像分辨率高,能够实现单像素成像等诸多优点。随着研究的日益深入,关联成像的研究逐渐从对成像基理的研究转向为对其实际应用的探索,在诸如微弱信号成像,图像光学加密,时间域成像等诸多领域取得了重大研究成果。计算式关联成像省略了参考路的探测,只需要一个单像素探测器就能实现成像,更便于关联成像的应用。本文基于计算式关联成像的基本原理和物理特性,对关联成像的实用化进行了探索。本文着重研究了基于单光子探测的计算式关联成像,通过将其与偏振关联成像以及激光测距等技术结合,拓宽了关联成像的应用范围。此外,本文除了对压缩感知理论在关联成像中的应用进行了研究,还提出了将计算式关联成像应用于无线光通信领域的方案。本文主要研究内容如下:1.提出了基于单光子探测的偏振关联成像方案。通过将时间相关单光子计数技术与偏振关联成像结合,我们实现了在弱光下对处于具有不同偏振特性的背景中目标成像。此外,该方案对环境光有着极强的抗性,在极强的环境光中,只要我们能够探测到信号光的光强涨落,我们就能够实现成像。2.实现了基于单光子探测的对1公里外目标的远场三维关联成像。结合激光测距原理,我们提出了基于单光子探测的三维关联成像方案,并搭建了成像系统实现了对1公里外合作目标的三维关联成像。3.研究了压缩感知理论在关联成像中的应用。我们通过仿真实验研究了测量矩阵的稀疏度不同对关联成像的恢复结果的影响,并且验证了:相较于传统关联成像算法,压缩感知算法重构图像所需要的测量次数更少,成像更清晰。4.提出了基于计算关联成像的无线光通信方案。我们进行了实验对该方案进行验证,该方案继承了关联成像抗噪性能优越的特性,能够降低散射介质对通信质量的影响。