偏振信息与传统的强度信息和光谱信息的相关性弱，在应用强度成像与光谱成像无法完成的任务中，偏振成像显现出明显优势，对偏振信息有效利用可增强成像性能、提高目标探测和识别率，已广泛应用于探测、导航、3维重构、遥感及医学诊断等方面。然而，噪声的存在，降低了偏振信息的获取精度、破坏了其应用的最终效果。因此，如何针对不同统计特性的噪声干扰，研究偏振信息获取与应用的最优策略是偏振研究中的关键问题。全偏振参数估计与偏振成像对比度优化分别是偏振信息获取与应用阶段的典型代表，噪声存在时，它们的优化研究过程中所涉及的噪声建模方法与偏振成像技术可直接应用于其它的偏振信息获取及应用，为噪声干扰下偏振信息的高精度获取及有效利用提供了理论支撑与技术指导。因此，针对它们的研究具有重要意义。
　　本文围绕不同统计特性的噪声对偏振信息获取及应用的干扰问题，以噪声为主线，开展全偏振参数估计与偏振成像对比度优化研究，本文主要工作如下:
　　(l)光的偏振信息由全偏振参数完全表征，包括全Stokes矢量、偏振度(Degree of Polarization，DOP)、偏振角(Angle of Polarization，AOP)与偏振椭圆度(Ellipticity of Polarization，EOP)，大部分的偏振应用均基于这些参数的获取。DOP、AOP与EOP是全Stokes矢量的非线性函数，全Stokes矢量是通过Stokes偏振仪(Stokes Polarimeter)测量得到。全偏振参数获取过程中受到高斯与泊松噪声干扰，导致获取的参数值偏离其真实值，然而，缺乏完备理论构建噪声统计特性、被测光的偏振态及Stokes偏振仪的测量矩阵与获取精度间的关系。针对该问题，根据高斯与泊松噪声的统计特性，对全偏振参数估计建模，基于Delta法，提出了近似求解DOP、AOP与EOP的估计量方差的解析法(Delta法近似)，给出了在高斯与泊松噪声干扰下、任意测量矩阵时，全偏振参数估计量方差的解析表达式，并通过Monte Carlo仿真与实验验证了其准确性，这些表达式定量描述了信噪比、Stokes偏振仪的测量矩阵以及被测光的偏振态如何决定全偏振参数的估计精度。这些表达式可作为优化准则去优化Stokes偏振仪的测量矩阵，从而实现全偏振参数的最优估计;对于特定的Stokes偏振仪，这些表达式可用于量化描述该Stokes偏振仪的全偏振参数的获取精度，为全偏振参数信息的应用提供信度水平的依据。
　　(2)针对Delta法近似求解DOP、AOP与EOP的估计量均值与方差有适用范围限制的问题，通过将Delta法近似结果与Monte Carlo法结果进行比较分析，研究了该近似法在高斯噪声干扰下、球面f设计(Spherical t design)的测量矩阵时的有效范围。结果表明:Delta法近似的有效范围相当大，该方法求解的估计量方差较好反映了估计精度，但在不可微点及噪声强度较大时，DOP与EOP存在一些限制。针对DOP与EOP的限制问题，进一步提出了基于它们估计量统计特性的近似求解方法，相对Delta法近似，该方法有更宽的有效范围，但其计算相对复杂，且无解析解，实际应用中可根据需要选择性地使用这两种近似方法。该研究为(1)中理论的应用提供了有效范围的依据。
　　(3)以全偏振参数估计为基础的偏振成像对比度优化是偏振信息最重要的应用之一，目的是为了目标探测。针对噪声干扰破坏了对比度优化效果的问题，本文选取了三种典型的场景，运用主动偏振成像系统，在Quasi-Monostatic成像几何下，通过理论分析和实验相结合的方法，研究了噪声干扰下的主动偏振成像对比度优化。结果表明:在实际探测中，仅考虑成像过程中的高斯与泊松噪声，在一些情况下无法区分目标和背景，需考虑一种起主导作用的噪声:场景偏振特性的空间波动，并总结出在实际偏振成像探测中，最优对比度成像时的照明偏振态与分析偏振态的规律。研究成果有助于偏振成像探测装置的优化设计。