近年来，偏振成像技术在天文遥感、物质材料研究、生物医学及军事打击等各个研究领域都有非常重要的应用。常见的三种偏振成像技术包括:传统的偏振光成像技术、基于Mueller矩阵测量的偏振成像技术和基于Stokes参量测量的偏振成像技术。这三种偏振成像技术的局限性主要是:对于既有光学各向异性又有复杂空间结构的物体，传统的偏振光成像技术无法将其偏振特性分布图像与空间结构图像进行有效的分离，所获得的是偏振分布与空间结构的混合图像，另外这种方法也无法获得物体全部的偏振信息;基于Mueller矩阵测量的偏振成像技术虽然可以获得物体全部的偏振信息，但是Mueller矩阵中元素多，且对应的物理意义并不清晰，在进行偏振度量时容易造成困难;基于Stokes参量测量的偏振成像技术虽然可以物体获得全部偏振信息且Stokes参量的物理意义也明确，但是这种方法往往是利用偏振态的其中一个投影进行成像，进而通过多个偏振参量的图像共同获得物体的偏振分布，因而无法直观地判断物体偏振特性的变化，不利于做到实时的动态监测。　　本论文的目的在于提出一种新型的偏振成像技术——偏振态成像技术。这种偏振态成像技术弥补了以上三种偏振成像技术的不足，在各向异性物质检测和研究复杂生物组织特性时都有独特的优势。本文的主要内容包括:　　首先，对常见的三种偏振成像技术的局限性进行理论分析，提出了一种新型的偏振成像技术——偏振态成像技术，通过定义偏振色度值来表征偏振态的空间分布。选用具有应力双折射效应的有机玻璃进行偏振态成像实验，并与传统的应力测量法进行比较。实验证明，偏振态成像技术不仅可以同时获得有机玻璃应力大小和方向分布，而且比传统的应力分布图像得到更多的信息。　　其次，为了将偏振态成像技术用于对弱各向异性的物质进行细胞水平的偏振显微成像研究，结合Stokes参量-共焦显微(SPCM)成像系统，选用生物组织进行实验。先利用Equator-Poles定标法对SPCM成像系统进行校准。再利用该系统对具有弱各向异性的食道组织进行基于Stokes参量测量的共焦显微成像，从而验证SPCM系统对偏振成像的可靠性。为了演示偏振态显微成像技术的优势，对甲状腺癌组织切片分别进行光学显微成像、传统的偏振显微成像和偏振态显微成像的研究。其结果表明，对于既有光学各向异性又有复杂空间结构的物体，新型的偏振态成像技术可以在实现偏振显微成像的同时，将物体的偏振信息与空间结构信息完全分开，实现了同时获得物体的偏振分布图像和空间结构图像的双模成像。而且由于偏振态成像技术提取了物体全部的偏振信息，通过偏振态图像可以直观地观察物体偏振特性的变化。因此在弱各向异性的物质检测和研究复杂生物样品特性时都具有独特的优势。　　最后，为了将偏振态显微成像技术用于监测生物细胞活性的动态变化过程，利用SPCM成像系统先测试洋葱细胞的光学各向异性性质。再通过共焦显微成像来监测洋葱细胞失去活性时的形态结构变化。接着利用偏振态显微成像技术对洋葱细胞活性变化的不同时期进行偏振态成像，从而直观地监测细胞偏振特性的变化情况，并结合细胞形态结构的变化进行分析，与共焦显微图像进行比较。实验结果表明，偏振态成像技术能够从生物细胞的偏振特性变化监测其活性的动态变化过程，比共焦显微图像更清晰地反映了细胞形态结构的变化信息。因而，该技术可以应用于判断细胞的正常与非正常状态，或是细胞所处的状态与时期，可以为生物细胞的特性研究及疾病诊断方面提供新的方法与更丰富的信息。