单像素成像主要使用非像素化的光电探测器对物体成像。其优势在于可以确保成像系统使用性能最先进的光电探测器,因为免去了光电探测器集成化的需要。这种特性使得单像素相机在面阵探测器获取困难或成本较高时可以发挥良好的替代作用。随着理论的完善和发展,单像素成像已由原来的点扫描式发展到双臂关联式,进而发展到了单臂关联式,并进一步应用于三维成像,高速成像,高光谱成像等方面,拓展了计算成像的应用场景。本论文从传统单像素成像理论出发,提出了一种单像素定量相位成像的方法,解决传统单像素成像无法恢复物体相位的问题。我们证明了通过与空间滤波器相结合,可以从单像素探测中重建物体的相位分布。为了实现这一点,需要使用点探测器取代桶探测器进行光强采集。点探测器在傅里叶平面上分别探测纯振幅调制和纯相位调制下的零级频的衍射场。纯振幅调制和纯相位调制由液晶空间光调制器实现,也可通过数字微镜器件实现以加快调制效率。相位信息是通过对点信号及其对应的投影模式进行相关计算而得到的。不同于现有的单像素定量相位成像的方法,我们的方法消除了相位成像中参考光束和时间相干性的必要性,在调制靶面大小相同的情况下,可扩大成像面积。它也可以用来检索具有相位和振幅信息的复振幅物体,并可利用压缩感知技术进一步减少采样时间,进而缩短成像时间。本文另外提出了一种单像素螺旋相衬成像的理论模型。螺旋相衬成像技术本质上是一种空间滤波技术,对相位突变处较为敏感,可实现相位边缘提取型的相衬成像。我们根据已有的单像素成像矩阵运算模型,推导出单像素形式下空间滤波的矩阵运算模型,进而可应用于螺旋相衬成像,进一步扩展了单像素成像的应用场景。