传统的红外强度图像描述了红外辐射的振幅大小,当目标与背景的温度和发射率相似时,难以从辐射强度相似的红外图像中分辨出目标的轮廓和细节纹理信息。而目标的偏振特性与材料表面的折射率、粗糙度、纹理以及几何形状密切相关,不同材料的偏振特性具有明显的差异。红外偏振成像系统正是利用这种差异对场景进行成像,从而提高目标与背景之间的对比度。红外偏振模型是对目标偏振特性在数学和物理上的描述,可更加全面地表达目标的偏振特性;而仿真则是以一种直观的手段对模型进行可视化及验证。因此,红外偏振特性的建模和仿真方法对目标偏振特性的研究具有重要意义。在微观下,大多数目标的表面都不是理想镜面,而是具有一定分布的粗糙表面。红外辐射在粗糙表面的作用下,往往发生多次反射、体散射、遮挡以及阴影效应,使红外辐射的偏振特性发生一定的变化。许多研究使用朗伯模型对粗糙表面的偏振特性的漫反射分量进行建模,但是实际物体表面的漫反射并非各向同性,而是具有一定的方向相关性,因此模型的仿真值与目标的实测值仍然存在一定的差异。除此之外,现有的偏振模型大多是针对可见光波段,只对光的反射偏振特性进行了建模,而不涉及红外波段下自发辐射产生的偏振特性。为了解决上述问题,本文针对红外波段下典型目标粗糙表面的偏振特性建模及仿真方法展开了研究。本文首先通过对典型目标的红外偏振成像实验,定性地分析了传统红外强度成像与偏振度成像之间的区别和特点;然后,搭建了长波红外下目标的pBRDF(polarized Bidirectional Reflectance Distrbution Function)测量平台,以长波激光光源对不同涂层目标进行照射,获得了不同几何角度下pBRDF实测数据,并对实验结果进行了分析;接着,根据粗糙表面的特性,引入包含各向异性的方向漫反射和各向同性的理想漫反射的双漫反射分量对反射辐射的偏振特性进行更精确的建模;在此基础上,根据能量守恒定律和基尔霍夫定律推导出了自发辐射的偏振模型,结合反射辐射和自发辐射建立了修正的半经验红外偏振特性模型,并利用实测数据和差分进化算法拟合出被测目标的模型参数;将本文模型与实测数据和P-G(Priest-Germer)模型进行仿真及对比,结果表明,本文建立的模型与实测数据具有更好的一致性,证明了本文模型的有效性;最后,通过可视化技术,利用本文模型对半球空间及典型目标的红外偏振特性进行了三维建模及仿真,并对结果进行分析和总结。