为了实现对不同偏振态入射激光的退偏控制，设计了一种具有随机位相分布结构的液晶退偏器。针对胆甾相液晶器件，利用时域有限差分法，对激光通过胆甾相液晶器件的传输问题建立了模型，并通过实验验证了理论模型，分析了激光通过液晶阵列单元后的偏振态变化及偏振态分布特性。仿真分析结果表明，在合适的液晶材料条件和微刻蚀坑的最大厚度条件下，胆甾相液晶器件对于不同偏振角的入射线偏振光均可以实现较好的退偏效果，且适用的谱宽范围较大。

为实现传统红外成像系统与红外偏振成像系统探测能力的比较，基于系统的最小可分辨温差和最小可分辨偏振度差，分别建立了二者的作用距离模型，讨论了非理想探测器的参数对系统探测能力的影响，并设计了相应实验，验证了建立模型的可靠性，为实际探测中不同应用场景下的成像系统选择提供了参考。

为提高偏振去雾算法对雾气场景的恢复能力，提出一种偏振度优化与大气光校正的偏振图像去雾算法。首先，依据雾气场景亮度分布，使用导向滤波将雾气图像分解为亮面残差和暗面残差；其次，扩大亮面残差对应的偏振度值，削减暗面残差对应的偏振度值以优化偏振度，该偏振度可将大气光图像模糊；最后，利用偏振度在亮面和暗面残差上的差异，对大气光强度进行校正，以使其随雾气的变化规律满足大气退化模型。实验结果表明：本文算法的去雾图像相较原雾气图像，对比度提高3.07倍、信息熵提高9.21%、标准差提高61.86%。且在不同浓度模拟雾气环境中，本文算法都有较为优异的SSIM、PSNR和CIEDE2000。相较于现有先进图像去雾算法，本文算法去雾效果明显，可以有效地复原雾气中场景的细节信息。

红外偏振成像技术具有探测距离远，目标识别率高等多种优势，但在复杂环境下目标偏振特性易受背景辐射影响，使得红外偏振设备的探测能力大幅降低。本文基于偏振双向反射分布函数，综合考虑目标和背景间的辐射耦合效应，建立了目标偏振度计算模型。对比研究了有强辐射背板和无强辐射背板两种情况下目标偏振度的变化情况，并针对陆基和机载探测等小角度探测情况，仿真研究了目标和背板的温度、夹角等参数对目标偏振度的影响规律。研究结果表明：目标和背板温度相同时，辐射耦合效应会显著降低目标的偏振度，但不会改变目标偏振度随温度升高而增大的趋势。当目标和背板温度为30 °C、40 °C和50 °C时，目标偏振度的最大值分别为无强辐射背板时的63.7%、44.9%和42.2%。可见温度越高，目标和背板间的辐射耦合效应越强，目标偏振度降低的比例越大。此外，辐射耦合效应的强弱不仅与温度有关，还与目标和背板的夹角有关。随着夹角的增大，目标偏振度先增大后减小，且在夹角约为105°处取得极大值。因此，辐射耦合效应会在一定程度上改变目标偏振度，从而影响红外偏振设备的探测能力。最后，通过搭建的长波红外偏振成像系统，对建立的目标偏振度计算模型进行了实验验证，实验结果与仿真分析结果基本一致。本文研究成果对提升陆基和机载红外偏振设备的探测和识别能力具有一定的指导意义。

分焦平面红外偏振探测器输出的是红外偏振马赛克图像，传统处理流程需要进行去马赛克恢复出四个偏振通道的完整图像，然后再实现后续的任务。然而，去马赛克过程会引入误差，而且计算复杂度高、耗时长。针对如何直接在红外偏振马赛克图像上进行目标检测的问题，本文提出了一种偏振权重局部对比度的目标检测方法。首先分析了目标与背景的偏振特性差异；然后设计了红外偏振马赛克图像的斯托克斯矢量计算卷积核；在此基础上提出了基于偏振权重的偏振度显著图，在偏振度显著图上利用自适应阈值操作实现目标检测。此外，利用边缘检测方法进一步优化目标检测结果，得到更加完整的检测结果。最后，使用采集的红外偏振马赛克数据集验证了所提出的目标检测算法在复杂背景以及恶劣天气影响下的鲁棒性。

相比于强度探测，使用偏振探测的方法能有效增强地物目标（如伪装目标）识别的准确性。设计并搭建偏振特性测试系统，对铁板、玻璃板、绿漆涂层铁板、绿漆涂层玻璃板、草皮这5种目标进行多角度偏振成像实验。首先，通过旋转偏振片将入射光源设置为完全线偏振光。其次，在偏振相机镜头前加滤光片，来获取同一中心波段下5种材质在各个探测天顶角、探测方位角下的图像。最后，将获得的偏振图像进行偏振度计算。结果表明，不同材质的保偏特性不同，且物体偏振度只与材质表面涂层有关，与内部组成成分无关；在镜面反射方向，目标的偏振度最大。这说明偏振光探测能作为材料分类的依据，可应用于遥感探测、物证搜寻等方面，还对反偏振侦察的特殊伪装材料制作有一定指导意义。