对散射介质中的目标成像是当前图像处理技术领域的重要研究课题。它在水下探测,复杂环境军事侦察,雾天智能驾驶等领域都是亟待解决的重要问题。散射介质成像主要指在浑浊的水,雾霾,大气等复杂环境中的成像技术。当目标反射的信号光穿过该类散射介质时,会发生散射和吸收效应,信号强度变低,并且会产生前向散射噪声和后向散射噪声。最终我们所接收到的图像就是一个模糊化的,低信噪比,低对比度的不清晰图像。使用传统的光学成像技术往往得不到我们需要的效果,因此研究如何在散射介质环境中高质量成像是一门极具研究价值的课题。本文的研究的重点内容在于研究偏振成像技术在散射介质中的应用。介绍了偏振成像的基本原理以及相关概念,四种偏振成像系统以及多种偏振图像处理技术,并详细分析了他们的优缺点以及适用的场景,以浑浊的水溶液为散射介质,给出了偏振图像处理的结果。本论文的核心内容是,基于传统的偏振成像技术,提出了一种新型的偏振图像表示方法:偏振余弦表征及偏振余弦表征矢量表示法。这一方法可以极大的简化偏振成像过程中的成像过程以及图像处理过程,并且可以有效降低产生实验误差的概率。本文在第三章详细介绍了该方法的基本原理,使用方法以及利用这种方法快速且便捷的获取目标场景全偏振信息的计算方法。基于这种表示方法,对传统的偏振成像处理方法进行了改进,极大地简化了偏振成像过程的计算。在第四章中我们使用实验数据对这一方法进行了论证,验证了这一方法的正确性。在工程研究中,使用斯托克斯矢量描述偏振光的偏振特性存在一下几点问题:对于光的偏振特性描述不够直观,偏振图像处理复杂,无法确定和解决获取偏振图像时产生的误差。本文通过构建偏振光的数学模型,直观描述了偏振光的偏振特性,简化了偏振图像处理过程,并且利用最小二乘法计算余弦偏振表征参数,有效减小了偏振成像过程中产生的误差对结果的影响,弥补了斯托克斯矢量表示法存在的问题。