光作为一种电磁波，包含着四个基本属性-振幅、频率、相位和偏振。每一个基本属性都包含着重要的信息。常用的光学成像探测系统通过获取目标的强度（对应于振幅）、光谱（对应于频率）及空间状态（对应于相位）等信息，反演出目标的性质参数。而偏振作为光波的重要属性之一，同样包含着丰富而独特的信息，物体反射光的偏振特性与其表面粗糙度、几何形状、材质及其结构等因素密切相关。对于不同类型的目标，即使它们具有相同的反射率，其反射光的偏振特性也可能差异很大。偏振光学成像技术是基于目标反射光偏振信息探测的新型成像技术，通过采集同一目标的几幅不同偏振状态的强度图像，并对这几幅图像进行像素级的点对点偏振运算，将计算结果替代该像素位置的灰度值，即可获得反映目标偏振信息的偏振图像，主要包括偏振度图像、偏振角图像和偏振椭率图像等。与传统的强度成像技术相比，偏振光学成像技术凸显目标的能力更强，更具有优势。偏振成像系统的研制和偏振成像去雾技术是偏振光学成像技术中两个重要的研究方向，近年来受到了广泛关注。本论文主要针对分孔径全偏振同时探测彩色偏振成像相机研制和新型偏振成像去雾算法进行了深入的理论和实验研究。论文的主要研究内容和创新性成果可概述如下:　　(1)在分孔径全偏振同时探测彩色偏振成像相机研制方面，针对研制的偏振成像相机特点，设计出了三步法定标方案:一是图像配准，采用仿射变换模型对相机输出图像进行了实时配准，配准误差小于2个像素。二是强度非均匀校正，利用积分球发射的均匀非偏振光对相机进行了非均匀校正，有效地抑制了透镜的渐晕效应。三是偏振探测精度标定，主要考虑了线偏振片透过率不同导致的探测误差和线偏振片光轴方向误差导致的探测误差。标定后偏振成像相机的线偏振探测精度优于95％;开发了偏振成像相机的全偏振度成像和偏振去雾成像两个功能，并进行了地面应用试验。　　(2)对现行偏振成像去雾算法进行了深入的分析，发现存在实时性差、图像需要天空区域限制及偏振参数估算不精确等缺陷。针对这些缺陷，提出了一种新型的基于偏振角特征参量的偏振成像去雾算法。该算法的创新性在于:首先，利用斯托克斯矩阵偏振探测方法实现了多偏振态图像同时获取，解决了实时性差的问题;其次，构建了新型的无穷远处大气光强估算算法，摆脱了现行偏振去雾算法中雾霾图像均需要有天空区域的限制;再次，以偏振角替代偏振度作为特征参量进行偏振参数估算，提高了大气光偏振参数的估算精确度。实验结果证明了该算法具有良好的去雾效果。　　(3)针对浓雾霾天气条件下的去雾应用需求，对提出的偏振成像去雾算法进行了优化，提出了基于偏振角优化的偏振成像去雾算法。该算法首先采用邻域平均滤波法对探测器的量子噪声进行了抑制，提高了偏振角的探测精度;其次，针对浓雾霾与一般雾霾的成像区别，改进了大气光强的估算方法，使其更适用于浓雾霾天气条件下的雾霾图像去雾处理。利用该去雾算法，本论文开展了定量化的偏振成像去雾探索性研究，研究结果表明，在浓雾霾天气条件下，偏振成像去雾算法的成像对比度可提升1倍以上，视距提升70％以上。另外，该算法还能用于烟尘和水下等其他类型的散射介质的去雾成像应用。　　(4)为了进一步提升偏振成像去雾技术的视距，基于图像融合思想，提出了一种新型的可见光与近红外融合的偏振成像去雾算法。该算法主要分为两步:首先，对可见光雾霾图像和近红外雾霾图像分别进行偏振成像去雾处理，得到两幅去雾效果图;然后，利用该两幅图像进行图像融合，获得去雾图像。该算法结合了偏振成像去雾技术在浓雾霾天气条件下的良好去雾能力和近红外光更好的穿烟透雾特性，获得了更好的去雾效果。实验结果证明了该算法具有强鲁棒性和高可靠性，在浓雾霾条件下，视距可提升1倍以上。