一种基于非线性效应的关联成像系统，输入光源、非线性效应单元和关联成像单元依照光路依次连接，非线性效应单元包括依照光路依次连接第一透镜、反射镜和非线性晶体，关联成像单元包括二向色镜和第二透镜、第三透镜，二向色镜的反射光束通过第二透镜后入射到CCD；二向色镜的透射光束通过第三透镜后以设定的穿透深度入射到样品表面，反射后依次通过第四透镜、光纤耦合镜、多模光纤后入射到单像素探测器，CCD和单像素探测器均与计算器图像处理模块连接。本发明降低了对输入光源的需求，只需要对非线性晶体进行调制就能灵活得到所需要的不同波段的光；散射效应低，能满足更多的成像需求；降低了成本。