偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量，物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的新型光学成像手段，其利用目标反射光和背景杂散光的偏振特性差异，以达到改善目标成像质量、提高作用距离、提升探测能力和增强识别概率的目的。作为对强度、光谱和红外成像方式的有效补充手段，偏振光学成像对低信噪比复杂背景环境、强散射环境、低照度环境下的目标探测，具有重要的应用价值。结合作者多年来在偏振光学成像探测方面的研究工作基础，围绕相关的器件、技术和应用发展状况，对偏振光学成像研究领域进行了较为详细的介绍。包括偏振光学成像技术及偏振相机的国内外研究、发展和应用状况，与偏振光学成像密切相关的偏振光Stoke矩阵表示及偏振光学成像基本原理，以及研究团队在偏振相机研制及偏振光学成像探测方面开展的研究工作，主要涉及分孔径偏振光学成像系统的设计及关键器件和技术，偏振图像的信息处理技术及算法和应用。最后，对偏振光学成像研究目前需要解决的技术问题和发展方向给出了思考和建议。

为获得火焰燃烧过程中的黑体辐射与特征自由基发出的紫外辐射信息，实现对火焰温度与燃料成分的定量分析，本文设计了分孔径紫外多波段成像系统。该系统由前置分孔径光路与后置合像光路两部分组成，选择熔融石英和氟化钙为透镜材料。通过在各个分孔径光路内放置滤光片的方式，将目标在240~280 nm、308 nm、300~360 nm、390 nm 4个不同波段的紫外辐射同时成像到紫外探测器的4个区域上。该系统的F数为2.85，视场角为10°，总长为277.2 mm。分孔径光路的入瞳直径为10 mm，单通道焦距为43.88 mm，调制传递函数（MTF）接近衍射极限。合像光路边缘物面的MTF值在45 lp/mm处达到0.45。将两者组合优化后，总系统在45 lp/mm处各通道的MTF值均在0.5以上。对系统的各项公差进行了蒙特卡罗分析，结果表明有20%以上的良品率，该系统适合于科研加工装配，具有实用价值。

除了具备作用距离远、可全天候工作、隐蔽性好等传统红外强度成像的优点外，基于目标与背景偏振特性差异的红外偏振成像技术能够有效减小背景干扰、抑制背景杂波、增强图像对比度、提高信噪比，应用前景广阔。为了有效抑制空中和海面目标探测过程的背景杂波干扰，增强雾、霾和烟尘以及小温差、低照度和复杂背景环境下的目标探测能力，采用分孔径同时偏振成像方式，完成了焦距为240 mm的四通道制冷型分孔径中波红外偏振成像光学系统的设计。利用蒙特卡洛法进行了公差分析，保证了光学系统加工和装调精度的合理性。像质分析结果表明，光学系统的MTF接近衍射极限，各类像差得到了有效校正，成像质量良好。通过冷反射分析验证了冷像对所设计制冷型红外光学系统成像质量的影响程度。此外，最终完成的光学系统结构紧凑，透过率高，避免了非球面的使用，具有良好的加工和装配工艺性。