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。

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。

生物利用天空偏振光进行导航的方式给科研人员很大的启发, 越来越多的学者正在进行这方面的研究。精确的天空偏振场图是进行偏振导航的前提条件, 为了获取更加准确的天空偏振场图, 许多成像式偏振探测装置被开发出来。本文提出了一种新型的实时全偏振一体式成像探测传感器, 可以获取全参数Stokes矢量, 进而解算出目标的AOP、DOP、LDOP和CDOP等信息。基于C++语言和OpenCV库, 采用MFC架构开发了上位机程序, 实现了目标偏振信息的实时显示。在最大分辨率下, 视频流的刷新率为3 frame/s, 基本满足了实时探测的需要。对晴朗天气条件下天空偏振场图进行了实际探测, 实验过程中探测器性能稳定, 天空偏振场图与瑞利散射模型具有较高的一致性, 太阳子午线动态识别误差为0.01°~0.23°, 初步证明了探测器的可靠性, 为后续工作奠定了基础。

在室内仿真实验平台上对草地背景中的伪装目标和背景在不同观测角度不同波段的偏振特性进行了实验研究。通过分析得到了对伪装目标进行偏振成像探测的最佳角度和最佳波段的范围，并在室外进行了实验验证。实验研究表明，在一定条件下偏振成像可以较好地探测出隐藏于草地背景中的伪装目标。

分析偏振测量原理得到偏振成像偏振度的测量绝对误差。通过偏振测量实验，分别计算了偏振光的真实偏振度和偏振 成像的偏振度，求出偏振度的绝对误差， 与理论分析结果相符合。检测了实验中使用的偏振成像探测系统的测量精度。