偏振成像技术是一门以偏振参量为成像因子的成像技术，相比于强度成像，它能够获取物体更多的信息，应用领域很广泛；另一方面，复振幅重构技术能够提供同时物光的强度信息和位相信息，也就间接地提供了目标的各种特性，如物体强度、位置、形状、色彩等。另外，对位相的提取，也是实现物体三维轮廓成像的手段之一。　　本文将偏振成像技术应用到复振幅信息的重构中，提出了基于偏振成像的复振幅重构及三维成像技术，目的在于利用偏振态来传输物体的复振幅信息，从而获取物光振幅和位相分布，实现物体三维轮廓信息的重构。该技术可传输、可定量测量物光复振幅信息，从而提供了更多待测物体的有用信息。　　首先，本文从偏振成像和复振幅重构技术相关理论出发，建立了基于偏振成像的复振幅重构的理论模型。利用两束偏振态互相垂直的线偏振平面波，其中垂直线偏振平面波作为物光透射过待测物体后，物体的信息就加载到物光的复振幅分布中，将这束物光与另外一束水平线偏振平面波(参考光)同轴叠加后合成，间接地将物体的信息加载到合成光束的偏振态中；合成光束经过一定的衍射过程到达CCD记录面，利用偏振测量的方法获得合成光束的Stokes参量，再根据物光和参考光的振幅比和位相差与该Stokes参量的关系，就可以计算求出记录面处物光的振幅和位相分布；最后再将记录面的复振幅信息通过菲涅尔逆衍射即可重构物面处物光的振幅和位相分布。根据该物理模型，本文逐步分析整个物理过程，推导出了每个过程数学描述形式。　　其次，本文设计搭建了基于偏振成像的复振幅重构及三维成像实验系统，并在模拟和实验上重构了物体的复振幅信息。模拟实验中利用MATLAB编程模拟物光参考光同轴叠加、合成光束Stokes参量的测量和物光复振幅信息的重构整个过程，并分别采用了傅里叶变换法、卷积法和角谱法来描述光束的菲涅尔衍射过程和逆过程，均获得理想的实验结果图，比较这三种方法的优劣性，考虑实验中采用角谱法最佳，通过模拟的方式证明了所设计的物理模型的准确性和实验系统的可行性。实验搭建了光路系统，分别对两个物体，一个是利用激光在有机玻璃上雕刻的字母“X”作为振幅物体，一个是用胶水和水的混合物在载玻片上书写的字母“L”作为位相物体进行了复振幅重构实验研究，摄得六幅光强图，利用这六幅图像得到清晰的重构结果，并实现了物体的三维轮廓显示，最后分析了该系统中各种因素引起的误差。　　最后，将本文提出的技术应用于显微成像实验研究。建构了实现显微成像的理论模型。实验搭建了实验系统，选取洋葱表皮细胞作为实验样品，获得清晰的细胞振幅和位相分布的放大图像。且重构的图像中不会有位相畸变。实验结果分析中对细胞的位相信息进行三维化，能够清晰地看到细胞的三维立体信息。最后对实验系统的分辨率进行了定量的分析，表明该系统的分辨率达到3.22/μm，如果能够选用数值孔径较大的显微物镜，将能够进一步提高系统的分辨率。　　本文所提出的基于偏振成像的复振幅重构及三维成像技术，结合了偏振成像技术和复振幅重构技术的优势，可以实现对目标复振幅信息的传输、定量测量和三维轮廓重构。重构效果清晰，且无须对重构图像再做多余的处理，这在光学检测、三维物体成像、目标识别、细胞成像、医学诊断等方面具有很高的实际应用价值。