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关联成像,历史上也叫鬼成像、符合成像或量子成像。关联成像以其独特的性质,以及在生物成像、遥感监测等领域的潜在应用前景,近二十多年来吸引了许多物理学家和工程技术人员对它的关注。几何光学成像是基于物像间点对点的对应关系进行成像,而关联成像则完全不同:其物端只有一个没有成像功能的桶探测器,参考端虽然有一个可用于成像的面阵探测器,但其光路上没有任何物的信息。神奇之处在于两路信号都无法单独得到物体的信息,只有两者做关联时才可以复现物体的像。从某种意义上可以说,关联成像是信号关联技术与量子光学理论相结合的结果,是一种全新的成像方法,具有很多独特的优点:(1)能够实现非定域性重建图像,即成像过程的光学空间分离;(2)可利用单个像素成像;(3)不需要透镜也可以成像;(4)成像过程抗光学相位干扰,如光路中的大气湍流或散射介质。尽管关联成像具有许多优点,但当前也存在着一些问题:首先是热光关联成像信噪比较低,像质一般都比较差;其次是重建图像需要大量的数据和关联计算,在存储上和计算处理上极为费时,无法实现在线成像,这两点大大限制了关联成像走向实际应用。因此,如何解决这些问题是当前研究的热点,同时也是本论文工作的重点。针对以上问题,我们首先验证了关联成像的抗干扰性质,证实了关联成像对物端半程光学空间具有强抗干扰性;其次在关联成像质量方面,我们分析了像差对成像质量的影响,在此基础上进一步研究了透镜位置与成像质量的关系,另外在理论上统一了差分鬼成像(DGI)与经典鬼成像(GI)算法,提出了任意差分鬼成像理论,并在此基础上提出了迭代差分关联成像算法,在数据量不变的情况下,改善了图像质量;最后在在线成像方面,我们提出了一种全新的成像方法——序列差分关联成像(SDGI),解决了当前关联成像的瓶颈——存储问题和计算量问题,同时在在线关联成像的硬件实现方面做出了一定的探索,为下一步的实时关联成像研究打下了基础。总的来说,序列差分关联成像的提出,标志着关联成像在实用性方面又向前大大迈进了一步。