随着遥感技术的不断发展，偏振遥感已经成为近些年来的一个热门领域。与传统的遥感方式比较，偏振遥感不仅能获取目标的辐射量数据还能够得到与目标本征特性相关的偏振信息。对目标表面散射光的偏振信息进行处理，通过对不同材质目标之间的差异进行强化，可以实现目标识别和分类。因此，对目标表面散射光偏振特性进行进一步的研究，是偏振遥感技术实际应用的重要一步。
　　为了对材料表面偏振反射特性进行研究分析，在查阅大量相关文献的基础上，本文基于微面元理论对传统的双向反射分布函数进行了修正。并根据修正模型对几种常见材料的表面反射偏振分布特性进行了研究，之后对表面偏振的各个影响分量进行了系统的分析，详细的研究内容如下：
　　首先，通过分析目标表面散射光偏振信息的相关物理含义和本征特性，对其多种的物理表征方法进行了阐述和分析对比，斯托克斯矢量法运算简单，易于数学分析，作为本文主要分析工具。
　　其次，基于微面元的BRDF模型结合Kubel-Munk理论，综合考虑镜面散射和漫散射，构建了一种改进的偏振双向反射分布函数（pBRDF）模型。根据修正模型对不同材料的表面偏振反射分布曲线进行模拟数值计算，并结合仿真结果应用FD-1665偏振成像仪在不同影响因子条件下对目标表面进行了一系列偏振探测实验。为了验证修正模型的精确性，将模型计算结果与实测数据和传统模型进行了比对。结果表明修正模型与传统模型相比更符合实测数据，修正模型精确度更高，该模型可为后续的偏振监测、目标识别等工作提供理论支持。
　　最后，根据修正模型推导出偏振度与材料复折射率、方位角、探测角和入射波长等因素的数学模型。基于不同影响因子下的表面偏振特性分布，根据理论分析设计了实验进行仿真和实验数据测量，分析了各个因素对材料表面偏振信息测量的影响。并结合实际应用进行了多种基于偏振成像技术的实验探测，结果表明基于偏振的目标检测、识别以及成像在实际应用当中的有效性。