偏振蒙特卡洛方法是随着近年来计算机处理能力和运算速度的提高,以及实验条件的完善而发展起来的用于模拟光学成像技术的数值模拟方法,它被广泛应用于目标位置探测和追踪,病变组织病灶查找,环境质量监控等各个方面的研究,正在不断的发展和日益成熟。因此基于蒙特卡洛方法的成像研究对目标定位,海洋资源勘探和人类健康事业都具有重要的意义。本文对光学成像过程进行研究,探究提高光学成像效果的方法,具体内容如下:讨论了选取方位角和散射角的H-G相函数法和舍选法;挑选斯托克斯矢量参考系的欧拉法、子午面法、四元素法;以及用于加速蒙特卡洛方法的白蒙特卡洛方法,扰动蒙特卡洛方法,优化的蒙特卡洛方法等等。分析对比了蒙特卡洛方法与实际光学过程结合的实例,诸如主动照明成像,被动照明成像,中子源探测成像,红外成像,X射线相干成像,时间飞行成像等等。为了充分利用计算机模拟技术的优势和更好的利用入射光子所携带的光学信息;本文首先讨论了偏振蒙特卡洛成像方法,其中重点讨论了蒙特卡洛成像方法的六个模拟步骤。继而,为了处理强散射介质中偏振蒙特卡洛方法成像效果不理想的问题,本课题建立了可以在偏振蒙特卡洛方法的基础上进一步提高成像对比度和探测深度的偏振反演蒙特卡洛方法,其中,使用平移叠加原理由点光源穆勒矩阵得到面光源穆勒矩阵。本文使用偏振蒙特卡洛方法分别对大气雾和霾环境以及海水水泡环境成像进行模拟,设置散射粒子数密度,复折射率,入射光偏振态为研究参量,成像结果对比度作为衡量成像结果的标准。实验结果显示,在浑浊介质中使用圆偏振光能够得到更高的成像对比度,粒子数密度和折射率的变化也会相应的改变散射环境的光学特性,另外,在模拟的海水环境下比较偏振反演蒙特卡洛成像和强度成像两种方法的结果显示,偏振蒙特卡洛成像方法对于水下成像具有很高的适用性。