单像素成像是一种新颖的成像技术,利用空间光调制器对目标物体的二维甚至三维的空间信息进行编码,只使用一个单像素探测器作为信号采集装置,获取一系列被调制的光信号并利用重构算法重建目标物体的空间信息。与传统的成像方式相比,单像素成像技术的独特成像方式使其在一些特殊应用领域具有明显优势。本论文首先了研究了无透镜单像素成像技术。现有的单像素成像装置,利用透镜等光学系统把空间光调制器产生的结构光投影到目标物体上,再利用透镜将物体反射或透射的光线聚集到单像素探测器上。透镜的使用,使得成像装置不够紧凑、便携。为了减小单像素成像装置的体积,使之具有紧凑、便携的特点,论文研究利用液晶显示屏作为空间光调制器,并利用大面积的柔性薄膜太阳能电池作为单像素探测器,设计出一款厚度仅为2.48mm的轻薄无透镜单像素成像扫描仪。根据设计搭建的无透镜单像素成像扫描仪,利用模拟仿真和实验验证开展了多种功能的应用研究,实现了对无透镜单像素成像扫描仪的灰度扫描、全彩色扫描、字符识别扫描以及实时加密扫描等多种功能的应用。在灰度扫描方面,利用本文设计扫描仪的透射式成像特点,实现了传统扫描仪无法做到的对纸钞水印扫描的功能;在全彩色扫描功能上嵌入线性颜色校正算法,实现了较高质量的彩色扫描效果;实现了分别对不同字体类型、不同字号大小以及不同厚度纸张上文本文档扫描结果的字符识别功能;根据特定的规则,置换哈达玛基底图的像素顺序,实现了文档扫描过程的实时加密,可以做到在保证扫描质量和效率的同时提高加密扫描的保密性。与传统扫描仪相比,本论文研究设计的无透镜单像素成像扫描仪,没有光学透镜组件和机械扫描部件,扫描过程无噪音、结构轻薄紧凑便携,并利用透射式成像特点,可扫描纸钞水印和纸张纹理等重要信息。无透镜单像素成像扫描仪很好弥补了传统扫描仪结构相对复杂和夹杂机械扫描噪音等不足,透射式的成像和传统扫描仪的反射式成像形成互补,并可实现字符识别扫描和实时加密扫描,在许多领域将具有广泛的应用前景。