关联成像,又称为“鬼成像”或者“符合成像”,是一种起源于量子理论、利用量子的纠缠特性或光场的二阶乃至高阶关联特性进行成像的全新方式。与经典的成像方式不同,关联成像可以在不包含物体的光路上获得物体的图像,这一新型成像技术一经提出就引起了众多研究者的关注和兴趣。但是在实际应用中,由于成像环境复杂,影响成像质量的因素较多,因此如何在实际环境中提高成像质量,一直是人们关注的问题。另外,随着对关联成像机理研究的深入,基于关联成像的光学信息安全应用也得到了蓬勃发展。在此背景下,论文研究了成像质量提升的关联成像方法及其在光学信息安全中的应用。主要研究内容和创新如下:针对实际环境中无法直接获得正交测量矩阵的场合,论文研究了矩阵论中的Orthogonal-triangular（QR）分解技术,提出了基于QR分解的关联成像方法。该方法利用QR分解将随机的非正交测量矩阵转化为标准正交矩阵,利用正交散斑的特性来提高成像质量。数值仿真与实验结果表明,相较于采用随机散斑的传统关联成像方法和差分关联成像方法,基于QR分解的关联成像方法能够完美恢复待测图像。另外,与奇异值分解鬼成像方法相比,基于QR分解的关联成像方法在不降低成像质量和时间复杂度的基础上,减少了计算复杂度。针对实际环境中时变噪声、背景噪声等不良因素造成成像质量下降的问题,论文研究了数字通信中的扩频技术,提出了基于扩频技术的关联成像方法,称为扩频关联成像,该方法利用扩频技术的抗干扰特性来消除关联成像中的时变噪声,提高成像质量。该方法将整个关联成像系统看作一个通信系统,将光源看作发送端,将桶探测器看作接收端,将整个成像过程看作一个通信信道。在发送端,使用提前设计好的扩频码对光源发出的光束进行调制,然后通过空间光调制器获得时空散斑,再将这些时空散斑依次投射到待测物体上,利用桶探测器记录透过物体的所有光强。之后使用相同的扩频码对桶值解扩得到与散斑对应的计算桶值,最后通过散斑与桶值之间的相关性,重建物体。数值仿真与实验结果表明,该方法具有较强的抗噪性能,不仅能够消除时变噪声,还能提高成像质量。此外,扩频码的长度越长,该方法的抗噪性能越好。在扩频关联成像的基础上,论文结合秘密共享技术提出了基于扩频关联成像的秘密共享方法。在该方法中,分发者从一个高阶Hadamard矩阵中随机取出n行作为n个秘密子份额分别给予n个参与者,同时将这n个秘密子份额进行模二加获得安全密钥,并将该密钥作为扩频码,利用扩频关联成像理论对图像进行加密,加密后的密文通过公共信道传输给n个参与者。此外,分发者还将扩频关联成像系统中使用的散斑通过私有信道传输给n个参与者。只有所有参与者都诚实合作,才能获得安全密钥,并通过扩频关联成像理论将密文解密为原始图像。否则,只要有一个参与者不诚实,就不能获得安全密钥,无法提取图像信息。数值仿真与实验结果表明,该方法能够有效提高光学图像传输的安全性,而且参与者人数越多,所提方法的安全性能越好。为了进一步扩大扩频关联成像在光学信息安全中的应用,论文结合光学加密理论,提出了基于扩频关联成像的光学加密方法。论文假设Alice和Bob为合法用户,Eve为窃听者。在该方法中,Alice首先生成一个高阶Hadamard矩阵,并从该Hadamard矩阵中随机选择M行作为M个扩频码,并使用扩频关联成像将图像进行加密,加密后的密文以及扩频关联成像中用到的散斑都通过公共信道传输给Bob。另外,Alice将M个行号作为安全密钥,通过私有信道传输给Bob。对于合法用户Bob,利用正确密钥可获得高阶Hadamard矩阵的M行（即M个扩频码）,然后对密文进行解扩恢复出桶探测器值,从而利用扩频关联成像理论恢复原始图像,而窃听者Eve使用非法密钥会得到无效的M行（即无效的扩频码）,此时对密文解扩得到的桶值与散斑之间没有相关性,因此无法重建物体。仿真与实验结果表明,该方法有效地提高了光学加密的安全性,同时大大降低了密钥的传输量。