针对利用主动光进行透窗探测所产生的反光问题，若仅依赖单偏振抑制反光，目标与背景之间对比度低，难以适用于强反射干扰下的目标透窗成像。而利用双偏振正交抑制反光，虽然对比度有所提高，但图像整体亮度较低，识别暗弱目标具有挑战性。本文以玻璃的镜面反光作为干扰对象，首先分析偏振抑制反光的能力，其次分析不同光源入射角下Mueller矩阵元素的变化规律，最后采用退偏图像来提高目标的显著性。结果表明，Mueller矩阵中M₂₂和M₃₃图像在灰度值的分布中明显不同于其他矩阵元素，通过M₂₂和M₃₃生成的退偏图像可有效区分目标与背景。该方法在保证图像整体亮度较高的同时，有效地提高了目标与背景之间的对比度，从而可应用于强反射干扰下的目标透窗成像以及暗弱目标的识别。

空间调制型偏振检测技术是利用微偏振片阵列、角向或径向偏振片、涡旋波片等器件对光强分布进行空间调制以实现偏振信息测量的一种技术，具有光路结构简单、稳定性好、测量速度快、精度高等优势，在目标探测识别、工业及生化检测等领域具有重要应用。首先，对各种空间调制型Stokes矢量和Mueller矩阵偏振检测技术的工作原理、技术特点进行综述分析；然后，对近年来发展迅速的基于涡旋波片的空间调制型偏振检测技术进行详细阐述，重点对基于涡旋半波片和1/4波片的Stokes偏振仪、基于双涡旋波片的Mueller矩阵偏振仪的工作原理、检测效果和误差校准等内容进行介绍；最后，对空间调制型偏振检测技术的主要发展趋势进行展望。

相较于传统非偏振光学表征方法，Mueller矩阵成像偏振（MMIP）法可以表征丰富的生物组织微观结构，在癌症病理诊断方面有着巨大的应用潜力。研究了机械拉伸下不同生物组织结构的MMIP表征，在MMIP系统的基础上增加机械拉伸模块，通过机械拉伸改变生物组织的光学特性。采用Mueller矩阵极化分解方法提取了可以表征介质基本偏振特性的2个表征参数，即二向色性（D）和散射退偏（Δ）。以乳腺导管内癌组织及正常乳腺组织为研究对象，分析了不同组织结构之间表征参数的平均值差值的变化趋势及其变化率在机械拉伸作用下的变化规律。结果表明：在机械拉伸作用下，不同组织结构之间的D参数平均值差值呈减小趋势，差值变化率最大可达7.9%，Δ参数平均值差值亦呈现减小趋势，差值变化率最大可达12.7%。研究结果为基于偏振成像的癌症病理诊断提供了参考。

Mueller矩阵因可以定量地提供组织样品的完整偏振信息，已被广泛地应用于癌症的病理诊断中。现有的Mueller成像偏振检测仪器丢失了样品的绝对相位信息，而相对的相位信息不能反映待测相位的变化规律，故需要开发嵌入式偏振光波前绝对相位检测仪器。搭建了一款嵌入式相位传感的Stokes-Mueller偏振仪，将研发的四波横向剪切干涉仪集成在偏振仪中，不仅实现了生物样品偏振信息的提取，还实现了样品相位信息和折射率的实时测量。以肺癌组织切片为研究对象，通过对退偏参数和折射率值的比较准确地实现了对正常区域和癌变区域的识别。所提技术丰富了偏振仪的测量功能，通过测量绝对相位实现了样品折射率的测量，进而能够为癌症诊断领域提供一种更全面的辅助手段。

目标Mueller矩阵反映了光波在传播过程中偏振态的变化，其包含与目标自身有关的起偏、退偏等偏振特性。为进一步研究目标Mueller矩阵特性，通过将光波传播过程转化为相关半正定二次型函数实现偏振态变化线性运算的方法，定义目标净退偏特性和可以综合评价目标起偏特性和退偏特性的偏振度PΔ，并证明了其在偏振探测目标识别和偏振特性分析中的有效性。最后利用实验测量了不同入射角、粗糙度铝板的Mueller矩阵，通过定义粗糙度对目标偏振特性的影响因子Q和目标偏振特性随入射角变化的稳定性S，分析了入射角和粗糙度对目标Mueller矩阵特性的影响。

针对高浑浊水体环境散射严重、目标成像不清晰和对比度低的问题，在传统UNet结构的基础上，结合偏振成像理论，提出了基于残差UNet（Mu-UNet）网络的水下Mueller矩阵图像去散射算法。该算法依据Mueller矩阵图像提供的目标强度信息和偏振信息，建立不同浑浊度水下多个目标物的图像数据集。在UNet基础上引入残差模块，利用构建的Mu-UNet网络提取目标底层信息，学习标签图像特征，重建出对比度高、细节信息更丰富的水下目标复原图像。对比实验结果表明，所提算法在峰值信噪比方面较原图提升了89.40%，结构相似度提升了82.37%。相比传统算法和UNet网络，所提算法得到的复原图像具有更明显的去散射效果，细节更精细，为水下偏振清晰成像探测提供了一种新思路。

相较于传统的非偏振光学探测方法，Stokes-Mueller矩阵成像技术可反映出丰富的生物组织微观结构信息，被广泛应用于组织病变检测。本文探究了生物组织结构的庞加莱球表征方法，采用Mueller矩阵极化分解方法提取了可以表征介质基本偏振特性的3个表征向量——延迟向量(R)、二向色性向量(D)、偏振向量(P)，并将其中的P向量和D向量绘制在庞加莱球上，以样本点聚集中心距为评价指标对比向量差异。以骨骼肌组织和纤维结缔组织的细胞核和纤维结构为研究对象，探究了同一生物组织不同结构的表征向量在庞加莱球上的分布规律，进一步对比分析了不同生物组织相似结构的表征向量在庞加莱球上的分布规律。研究发现，对于两种生物组织中相似结构的P向量和D向量的表征差异，纤维结缔组织优于骨骼肌组织8%以上。对于单一生物组织中的两种结构的表征差异，P向量优于D向量19.7%以上。实验结果表明，庞加莱球方法可以用于表征生物组织的不同结构，并作为生物组织表征的潜在技术手段。

针对大气环境中颗粒物浓度检测问题,以油雾环境为研究对象,在经典Mie散射理论基础上,建立蒙特卡罗偏振散射模型,采用Stokes-Mueller矩阵分析方法研究Mueller矩阵元素的变化规律,并使用Mueller矩阵分解方法对图样进行讨论,通过分析Mueller矩阵元素中信息可以有效获取介质特性。基于采用光学厚度表征油雾浓度的方法,将实验测试和模拟仿真有机结合,以证明模型的正确性。结果表明,随着光学厚度的增加,即浓度的增加,Mueller矩阵元素M₁₁图样随之增大,非偏振光学特征不断增强;且Mueller矩阵分解出的散射退偏矩阵强度值不断增大,散射退偏能力增强。该方法可更直观地判别不同浓度的颗粒物介质特征,达到可视化的效果,为大气颗粒物浓度的检测提供理论基础及测试新方法。

相比常规的显微成像技术,Mueller矩阵偏振显微成像技术能提供更多介质微观结构的特征信息。因此,设计了一组基于双波片旋转的显微成像系统,通过选取特殊的不相关入射偏振态,实现了快速Mueller矩阵计算成像。用该系统对浸泡在不同质量分数葡萄糖溶液的洋葱内表皮细胞和不同活性状态的人喉癌细胞进行了成像研究。实验结果表明,该系统的测量误差小于4.35%。相比表征样本表面结构特征的传统强度成像,偏振成像可以更有效地检测出样本的变化情况,为生物医学领域提供了一种新的研究方法。

提出了一种高光谱Mueller矩阵成像(HMMI)方法,实现了空间、光谱和Mueller矩阵图像的同步一体化获取。详细讨论了高光谱Mueller矩阵成像的原理以及双折射干涉器剪切干涉成像过程,对偏振态发生器/偏振态分析器进行了联合优化设计,给出了系统的定标方法。为验证仪器的性能,在实验室对目标进行光谱Mueller矩阵成像,证明了利用所提方法快速获取光谱图像和Mueller矩阵图像的可行性。所提方法具有光谱分辨率高、偏振调制快等优点,为光谱Mueller矩阵成像的发展提供了一种新的思路。