偏振成像探测是一种将偏振测量与图像处理相结合的新探测技术,通过测量目标辐射和反射的偏振度和偏振角信息,可以有效解决传统光度学无法解决的问题,弥补热成像红外辐射需准确校准的不足并取得高对比度的探测图像,在民用和军工领域均有相关应用,尤其在军工领域应用广泛。本文以建立便携式结构紧凑、功能稳定、空间分辨率较高的红外偏振系统为目的进行相关图像融合、聚类识别的研究。重点讨论了偏振光栅的设计、系统搭建、图像融合、聚类识别四个关键技术。论文运用严格耦合波矢量衍射理论进行了8-14um远红外工作波段的光栅设计,验证了光栅特征尺寸为亚波长时具有显著的偏振特性；结合偏振的斯托克斯表示方法,构建了单通道的实时红外偏振系统,系统由步进电机准确控制偏振光栅旋转角度,视频采集卡采集偏振参量图像,经计算处理后的偏振度图像具有显化物体边缘轮廓,区分粗糙度和材质的特性；将红外图像与偏振度图像相融合,不仅显著提高图像对比度,增强图像的高频细节纹理,探测隐藏目标,而且提高了图像的熵值利于人眼的观察,采用双树复小波的图像多分辨率变化方法,克服了单光路偏振系统间隔采集的0°,60°,120°线偏振分量图像微小不配准缺陷,模拟退火或遗传算法的运用可以自适应地依据图像性能指标修正融合过程中重要权值,达到最佳的融合效果；模糊核聚类方法的采用可对偏振图像进行区域划分以准确建立不同种类自然物与人造物的红外偏振特性数据库,BP神经智能训练网络的设计可对未知目标物进行识别,实验结果证明具有较高的识别准确度。