单像素成像作为新型的计算成像技术,利用结构光调制图像,根据结构光与单像素探测器测量值之间的关联性进行成像。相比于阵列探测成像技术,单像素成像技术以牺牲时间成本换取空间信息,能够降低探测器对于分辨率的需求,尤其是在非可见光波段,高分辨率阵列探测器的制作成本极其昂贵,而单像素探测器的性价比较高,因此单像素成像技术成为了一种有效的替代方法。结构光分为非正交基和确定性的正交基结构光。随机散斑或二进制矩阵等随机结构光不具备正交性,非正交基底由于自身串扰,在不考虑使用压缩感知的前提下,需要大量的采样才能够重建高质量图像。压缩感知技术能够降低采样次数,但重建需要花费大量的时间。因此传统的非正交基底的单像素成像方法成像效率不高。基于Radon变换的单像素成像方法被称为Radon单像素成像方法(Radon Single-pixel Imaging method,RSI),Radon变换不具备正交性,在成像质量上的表现不如正交基底单像素成像方法。本文的主要工作是对RSI的基本理论、成像能力以及应用特性展开研究。通过修正Radon变换结构光基底提高RSI的成像质量。Radon变换具有提取像素坐标信息的能力,根据图像在不同方向Radon变换的投影曲线差异,本文提出了自适应Radon单像素成像方法,能够定位场景中的目标区域,仅对目标区域进行采样和成像提高了单像素成像的成像效率。本文从单像素成像的基本原理出发,进行了如下的研究工作:1、介绍多种典型的单像素成像方法,建立Radon单像素成像方法模型,主要包括后调制型单像素成像光路、线扫描Radon基底编码算法、单像素成像方法评价指标。2、分析了RSI的重建误差,本文使用近似离散Radon变换算法修正Radon变换结构光基底,降低由数字微镜阵列装置(Digital Micromirror array Device,DMD)造成的离散Radon变换的误差,提高了成像质量。测试RSI在不同影响因子(欠采样、噪声、量化误差等)下的成像能力,RSI能够使用欠采样数据重建清晰图像,简单图像的结构相似性系数能够达到0.98,复杂图像的结构相似性系数能够达到0.91;对比其他单像素成像方法,RSI抗加性噪声的能力显著。3、提出了自适应Radon单像素成像方法,在有效区域仅占场景一部分时,提取图像在水平和垂直方向的投影信息,以获取场景中目标区域的大小和位置。建立自适应Radon-Hadamard单像素成像模型,仅对目标区域进行单像素采样和成像,采样数量远低于对全场景进行采样的数量,降低了采样时间,有效地提高了单像素成像方法的成像效率。