光学滤波器可以实现在连续的光谱中提取一定宽度的光谱带,它是光谱成像技术、光通信技术、全光网络等光学系统的核心器件。基于液晶的电控双折射效应和偏振干涉原理研制的双折射型液晶可调谐滤波器（Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF）具有驱动电压低且易于精确调控滤波波长、损耗低、易于集成等优势,因此本文开展以提升LCTF的滤波性能为核心的研究工作。本文首先介绍了里奥（Lyot）型和索尔克（Solc）型两种典型LCTF结构的滤波原理和各自滤波优势,基于液晶的连续弹性体理论建立外加电场下的液晶分子指向矢空间分布,结合琼斯矩阵法建立了垂直光入射情况下的LCTF传输模型,理论模拟了Lyot型与Solc型的光谱透过率曲线;针对Lyot型滤波波长选择性较高的特点,本文创新地提出了一种基于免疫算法下的Lyot型LCTF的优化设计方法;在综合考虑Lyot型LCTF的滤波性能目标,包括自由光谱范围（Free Spectrum Range,FSR）、光谱分辨率、截止区旁瓣抑制等指标,利用多目标人工免疫算法优化Lyot型LCTF的相位延迟量配比,实现任意液晶器件厚度下的最佳电压组合参数,实现了LCTF滤波性能的智能调控;此外,结合Lyot型的光谱分辨率高和Solc型的透过率高的各自优势,实现复合型LCTF的旁瓣抑制针对性优化。其次,为改善级联Lyot型LCTF引入的光透过率低问题,利用偏振分光棱镜（Polarization Beam Splitter,PBS）能够实现S和P偏振光的分离与会聚耦合功能,本文创新地提出了基于PBS的双通道高透LCTF方案,从滤波原理上对LCTF进行结构优化,并测试对比了单、双通道下的光谱透过率效果以及成像效果,实验结果表明,相比于传统Lyot型滤波器,PBS双通道高透LCTF可以实现系统光谱透过率翻倍的效果;然后考虑到实际光谱成像需要动态调谐特性,本文引入过压驱动实现液晶的快速驱动,通过理论仿真和实验测试,对比分析了正常驱动与过压驱动下的液晶响应时间,缩短了LCTF波长切换时间,为实现高速实时LCTF动态滤波调谐奠定了基础。最后,结合液晶相位可变延迟器（Liquid Crystal Variable Retarder,LCVR）的液晶柔性全偏振调制技术,本文提出了基于PBS双通道LCTF和双LCVR的纯液晶调控下的新型光谱偏振成像系统;通过穆勒矩阵来详细阐述了该系统的光谱兼偏振测量原理,分析了液晶的快轴方位角以及液晶相位延迟量偏差对于Stokes参量的误差影响;搭建了基于激光光源模拟的静态主动式双LCVR偏振调制与成像验证系统,验证了双LCVR的偏振复原算法的可行性与准确性,此外实验获取了基于单通道的LCTF和双LCVR系统下不同目标物体的光谱、偏振、可见光图像,从图像信息熵、平均梯度、空间频率、标准差、边缘强度等图像指标定量化分析了不同图像的信息特征;通过结合可见光图像的高亮度与偏振度图片的细节突显的各自优势,提出基于区域能量融合规则下的二维离散小波变化的图像融合算法来实现可见光偏振融合图像,增强了图像对比度、改善了图像清晰度,该方法可以在低能见度条件下实现目标的识别与检测。