相对于传统光学成像与测量技术来说,偏振成像与偏振测量技术是一种新型的光学探测技术,该技术将偏振测量与图像处理相结合,通过测量物体光波的偏振态(Stokes矢量)或目标对偏振态的调制(Mueller矩阵)信息,可以有效解决传统光学在目标探测和识别领域无法解决的问题,弥补探测效果受环境制约较大的不足,并取得高对比度的探测图像。在本篇论文中,我们主要研究在水下复杂环境中偏振图像的复原技术,以提升图像的质量和效果。本文第一部分从各种复杂环境对人眼和机器视觉以及目标探测和识别的影响出发,阐述了本课题的研究背景和意义;介绍了散射介质环境中图像复原方法在国内外的研究进展以及不足,简要概括了主要的两种图像复原手段,偏振差分去雾和水下圆偏振光在强散射介质中的研究。最后总结了本文研究的主要内容。在第二部分讨论了偏振光的分析方法以及从偏振光学的基本理论出发,介绍了光的偏振现象以及基本物理概念。在此基础之上,分析讨论了不同结构的偏振成像系统和各种偏振参量的测量方法。在第三部分首先讨论了传统偏振去雾的物理模型,并概述了现有的基于偏振成像的水下图像复原方法的局限性,且基于此模型搭建了水下偏振成像系统。考虑被探测目标物体的不同偏振特性的影响,提出了一种基于水下透过率校正的偏振图像复原方法,对水下散射介质环境中物体反射光进行复原。在第四部分讨论了在主动照明实验条件下,成像视场中光照的不均匀分布将导致在场景中粒子散射光的偏振度在全空间上的不均匀分布。基于成像视场中光照的不均匀性提出了一种在散射环境中非均匀光场下的偏振图像复原方法,考虑并利用光场非均匀性造成的后向散射光偏振度在空间分布不均的影响,通过对背景区域后向散射光偏振度的三维拟合得到全空间内后向散射光偏振度的分布,进而通过进一步计算得到复原后的去雾图像。在第五部分讨论了在强散射介质环境中,圆偏振光比线偏振光在散射介质中具有更好的“偏振记忆”能力。并基于圆偏振光的这种“偏振记忆”能力,提出了一种基于圆偏振光和线偏振光联合图像复原方法,进一步提高强散射介质环境下的偏振图像复原质量。