从目标发出的光子携带着多种光学信息,如空间信息、光谱信息、偏振信息、传播方向信息、时间信息和相干性信息等。现代光学技术的发展就是为了获取目标更高维度的信息,以便于实现更加精确的目标识别。高光谱偏振成像技术作为当前最为前沿的多维成像技术之一,能够同时获取目标的二维空间、一维光谱和多维偏振信息,在生物显微成像等领域具有重要的应用前景,能更好的解释生物目标的特征信息。本论文研究了三种光谱偏振显微成像技术,以实现基于多维光学信息感知的生物目标识别。第一种是基于压缩感知高光谱圆偏振显微成像技术,它是通过一次快照测量来同时获取二维空间、一维圆偏振（右、左圆偏振）和一维光谱信息。将双阿米西棱镜和Wollaston棱镜相结合,使得光谱沿两个正交方向进行展开,与使用单色散元件的传统的压缩感知光谱成像技术相比,有效提高了光谱分辨率。在此成像技术的基础上,将Wollaston棱镜进行组合,采用Wollaston棱镜阵列一次性获得全部偏振态信息,形成了此次研究的第二种成像技术——压缩感知高光谱全偏振显微成像技术。由于Wollaston棱镜阵列组合方式的不同,讨论了Wollaston棱镜阵列在垂直方向和水平方向的两种组合方式。本篇文章研究了上述两种成像方式的成像和编码原理、进行了计算机仿真实验验证和重构性能评价,并从图像和光谱重建评价方面验证了该方法的可行性和保真度。第三种成像技术是高光谱穆勒矩阵偏振显微成像技术,这个成像技术能够获取生物目标的穆勒矩阵,解释目标内部的功能结构。在本文中,将高光谱穆勒矩阵偏振显微成像技术与传统的穆勒矩阵偏振显微成像技术进行了对比,阐述了此成像技术的优点,并计算了获取图像的穆勒矩阵,验证了此成像技术的可行性,对目标图像的结构进行了分析和说明。