分焦平面偏振探测系统受其探测器结构的影响，成像分辨率低于探测器实际分辨率，本文在不改变光学系统结构下使用微扫描获取亚像元微位移帧序列，提出一种改进的凸集投影(Projection On Convex Sets, POCS)算法用于提升偏振成像系统的成像分辨率。该算法首先对获取到的偏振微扫描图像序列进行检偏角分离，将同组检偏角图像序列作为输入，其次进行位移匹配与凸集投影迭代初步重建高分辨率图像，然后将图像分组进行滑动窗口非邻域聚类，利用主成分分析将聚类后的图像进行降维，最后将每一维信息视为时间采样函数，在小波域进行软阈值降噪。实验表明，本算法可以有效的提高传统POCS算法的抗噪性能，提高分焦平面偏振探测系统的成像分辨率，和同类算法相比结构相似性系数提升0.02，峰值信噪比提升约1 dB，并且拥有更高的噪声鲁棒性。

为了弥补分焦平面偏振成像技术在测量过程存在瞬时视场误差且图像分辨率降低的缺陷，将微扫描技术与分焦平面偏振成像系统相结合，研制了一款基于透镜微扫描的红外偏振成像光学系统，系统波长为3~5 μm、F数为2、光学视场角为±2°。采用折反式光学结构，将后透镜组中最后一片透镜作为微扫描透镜，实现了2×2模式的正交位移。完成了公差分析和结构设计，分析了微扫描透镜的同轴度、位置度、扫描位移等对成像质量的影响规律，获得了各视场调制传递函数均高于0.47@17 lp/mm的设计结果。利用研制的系统进行了偏振成像实验，结果表明，红外偏振成像提高了图像的对比度，目标轮廓更清晰，且对不同材质目标的识别能力更强。

为了提升无人机机载光电侦察设备的目标识别距离，本文结合实际工程项目研制了适用于机载光电侦察设备的高速微扫描超分辨核心组件，在嵌入式平台GPU-TX2i上实现了图像实时超分辨重建。首先让微扫描核心组件按照预先设定的步长和频率进行微位移，获取四帧具有亚像素偏差的连续的低分辨率图像，然后使用基于概率分布的图像超分辨重建算法，将这四帧图像处理成一帧高分辨率的图像。实验结果表明，探测器输出的帧频为120 FPS、分辨率为640×512的低分辨图像序列经超分辨重建后，变成帧频为30 FPS、分辨率为1 280×1 024的图像序列，有效空间分辨率提升了78.2%，目标识别距离提升了43.3%。重建一帧高分辨率图像耗时约为33 ms，微扫描核心组件的微扫描响应时间小于1.0 ms，到位精度小于0.3 μm（对应约0.03个像素）满足机载光电侦察设备对实时性和精度的要求。