光的偏振是除了强度、光谱和相位的另一重要属性。偏振特性的产生机理是物体的反射、折射、吸收和散射等“不对称性”过程产生的物理信息。偏振图像试图从现实场景中获取光的矢量性质。偏振成像是场景中记录光的偏振态过程,它提供了不能直接从物体的其他特性中获得的有价值信息,同时也能够捕获其他成像方法难以表达的偏振场景信息。首先,本文对偏振成像技术的应用背景及研究现状进行详细介绍,主要分析了偏振成像在实际生活中的应用价值以及偏振技术在各个领域的应用现状。依次介绍了偏振成像技术的发展历程。基于偏振成像技术的理论基础着重分析了分焦平面(Division of Focal Plane,DoFP)偏振成像系统的特点及原理。分焦平面偏振相机的核心构造是微偏振片阵列。偏振像元的响应特性直接受到分焦平面偏振相机固有缺陷的影响。相应地,偏振像元响应特性对于校正固有缺陷至关重要。但是,关于偏振像元响应特性的研究很少报道。因此,本文提出了分焦平面偏振相机的偏振像元响应模型。响应模型结合了传统光电成像器和微偏振片阵列的响应特性。所提出的模型包括六个输入参数,它们分别是最大偏振响应率、最小偏振响应率、偏振方位角、曝光时间、增益和伽马校正。然后,通过分时(Division of Time,Do T)偏振成像系统以四个线性偏振角(0°,45°,90°,135°)捕获的偏振图像,模拟生成分焦平面偏振图像。通常,我们会在理想条件下获得分焦平面偏振图像,而不考虑实际分焦平面偏振相机的制造误差。因此,本文基于考虑偏振方位角和消光比误差这两个偏振性能参数,提出了一种获取包含实际误差的分焦平面偏振图像的方法。该方法的原理是通过校准的偏振性能参数和测得的斯托克斯矢量来计算偏振图像信息。最后,本文搭建了分焦平面偏振相机的偏振像元响应模型的验证实验系统,对偏振性能参数进行标定。通过比较模型计算结果和实际测量结果的均方根误差(Root Mean Square Errors,RMSEs)评价构建的偏振像元响应模型。不同人工参数下的比较结果表明,每组实验数据的平均均方根误差都小于一个像素的灰度值,证明了本文构建模型的有效性。同时搭建Do T偏振成像系统,获取四个线性偏振角(0°,45°,90°,135°)下的强度图像,基于校准的偏振性能参数和计算的斯托克斯矢量来模拟生成分焦平面偏振图像。通过平均结构相似度指标(Mean Structural Similarity,MSSIM)比较理想条件和实际条件下分焦平面偏振图像的模拟结果。