偏振成像具有很多强度成像所不具备的优势, 在某种特定背景下能够更加突显目标, 是研究地表、大气等领域的良好辅助手段。在红(670 nm)、绿(530 nm)、蓝(450 nm)这3种比较典型的可见光波段下, 采用旋转偏振片求取斯托克斯矢量的方法, 分别对草地, 石板, 沥青地面, 玻璃, 橡胶和铁板6种材质做了偏振特性成像实验, 并对它们的偏振度以及偏振度对比度进行了详细分析。实验结果表明, 在某种背景下, 目标的某些部分在强度成像中不易观测到, 而偏振图像具有足够的亮度信息, 包含了丰富的细节信息, 更加易于人眼识别; 另外, 偏振成像特性与目标材质、观测时刻、成像波段均有较大关系。

针对烟雾环境中烟雾浓度对偏振光传输特性的影响问题，采用烟煤粒子作为研究对象，分别研究了水平、垂直、+45°方向线偏振光及左旋、右旋圆偏振光经不同浓度介质传输后偏振度(DOP)的变化情况。采用蒙特卡罗方法建立仿真模型并对偏振传输理论进行分析。根据实测中浓度条件的不可控因素，采用光学厚度表征浓度，从仿真与室内实验两方面验证浓度对偏振光传输特性的影响。结果表明，偏振光入射时，偏振度随介质浓度的增加不断下降；水平、垂直、+45°线偏振光入射时，不同线偏振光偏振度随浓度的变化趋势大致相同；圆偏振光入射时，左旋、右旋圆偏振光的变化趋势基本一致；介质浓度较低时，圆偏振光偏振度随浓度的变化与线偏振光大致相同，而介质浓度较高时，圆偏振光的偏振度始终大于线偏振光，表明圆偏振光在高介质浓度、低能见度条件下具有更好的保偏能力。

基于斯托克斯矢量，通过测量偏振度，研究不同入射偏振态的激光分别在不同浓度油雾介质中传输后偏振特性的变化情况.实验采用波长为671 nm和532 nm的水平、45°、－45°、90°的线偏振光，使它们分别入射到5种不同浓度的油雾介质中，计算四种偏振态偏振光的偏振度变化情况.结果表明，在相同油雾浓度下，对于不同波长的激光，波长越长，线偏振度越高，然而每种波长随浓度的变化趋势是一样的；在相同波长情况下，随着浓度的改变，水平与垂直线偏振光的偏振度变化较大，可达50%，135°与45°线偏振光的偏振度变化较小，约为20%.

针对雾天降质图像，提出了一种新的有雾偏振图像复原方法。对大气光强及传输率函数进行估计，并优化传输率函数，利用大气散射模型，对3 个任意角度的偏振图像进行图像复原，以实现图像去雾。实验比较了3 个任意角度与2 个正交角度偏振图像复原质量。实验结果表明，该方法提高了图像的清晰度及对比度，有效改善了雾天的降质图像，且3 个偏振图像的角度选取是任意的，不需对偏振角度进行配准，有利于工程的实际应用。