偏振作为光的固有属性，能够反映物体表面众多物理特征，探测出普通光学成像未能感知的信息，因而受到广泛关注。近年来，偏振成像探测技术已应用在包括大气卫星遥感观测、军事目标探测、极地及深海观测等诸多领域。由于偏振探测具有抑制杂乱背景、获取被测目标有效信息的独特优势，使得水下偏振探测技术得以快速发展。该技术能有效抑制介质的散射光，实现被测目标场景复原。
　　本文基于偏振差分成像模型研究水下环境偏振与图像处理技术，主要包括以下三个方面的工作：
　　首先，文章基于水下成像与偏振探测技术的调研工作，为实现水体强散射环境下目标场景图像更好的恢复效果，通过分析偏振差分成像的水下物理退化模型，对传统水下偏振差分成像模型在图像处理过程中出现失真进行改进，利用散射背景与被测目标偏振度的差异，通过局部背景散射区域偏振度与整幅图像偏振度做差凸显被测目标，从而得到目标透射光辐射强度的估算值，同时引入修正参数对目标透射光辐射强度进行修正，有效避免传统水下偏振差分成像模型中由全局参量直接反演场景图像造成的图像失真和局部灰度值为负数的情况。从浑浊介质散射环境以及水下成像的光源等角度出发，探讨并设置基于线偏振光主动照明的水下目标同步成像探测实验。
　　其次，利用FD-16653CCD偏振成像仪进行成像，使用脱脂牛奶配制浑浊介质试剂模拟水下浑浊介质环境进行实验获取偏振图像数据。通过引入客观图像质量评估参数对处理结果进行对比分析。同时为进一步验证偏振成像的可靠性，采用不同表面特性材料目标进行验证实验。结果表明，针对三种不同表面特性材料目标，改进后的模型成像效果相较于传统偏振差分成像模型，图像对比度分别提高了61%、40%、45%。
　　最后，从模拟水体介质粒子的均匀性与自然水体环境下介质粒子非均匀间的差异性、光路传输中高盐度与光路折射率间的关系这两个角度出发，设置实验并进行图像数据处理。选用不同表面特性材料进行验证实验。在内陆河流自然水体实验中，通过对不同被测目标图像场景的复原，相较于传统偏振差分成像模型，改进后的模型其复原图像对比度分别提高了50%和62%。在高盐度人工配制海水实验中，改进后的模型其复原图像对比度提高了46%。
　　结果表明：表明改进后的偏振差分成像模型能更有效识别水下目标，这说明该模型具有较好的稳定性和适用性。