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水下成像技术在水下目标探测、海洋环境监测等领域有着广泛的应用。光在水中传输会因水体的吸收和散射作用,从而导致水下目标成像模糊不清、可视距离有限。针对水下强散射环境下,导致图像退化严重的问题,本文提出了两种水下图像偏振复原方法,一种是通过建立精简的水下偏振重构模型,采用主动估计全局最优重构参数实现图像复原;另一种是将前向散射融入到水下模型中,利用倾斜刃边法求解点扩散函数,抑制前向散射对图像细节分辨率的影响。通过搭建激光水下成像系统和开展水下目标成像实验,验证了所提方法对水下图像质量有较大改善。本文的主要研究内容如下:(1)针对现有水下复原方法中存在依赖无目标背景区域求取参数、人工估计参数不佳且复原方法无法满足实际应用需求等问题,提出了利用全局参数估计的水下目标偏振复原方法,采用主动偏振光源照明,建立精简的水下重构模型,主动估计水下背景光的偏振度信息和无穷远处水下背景光强信息,自动地从浑浊介质中复原出水下目标信息,精简模型和重构参数的全局自动估计,提高了图像复原的效率和结果的稳定性。(2)由于前向散射成像机制复杂,现有方法中多忽略其影响,本文针对前向散射问题,提出了利用倾斜刃边法求解点扩散函数PSF方式进行水下目标去散射成像,先估计出点扩散函数PSF,再与水下目标直接传输光进行卷积,获得前向散射信息,最后在频率域空间通过成像模型转换,抑制前向散射因子,从而提高水下图像的细节分辨率和成像质量。(3)设计并搭建了激光水下成像系统,开展了强散射环境中的水下目标偏振成像实验,通过与其他几种常用水下复原方法进行主观性和客观性对比分析,实验结果表明,本文提出的两种方法都能够在浑浊水下环境中复原出目标清晰图像,不仅具有更好的视觉效果,而且处理方法可以满足实际工程中对模型参数全自动化估计的应用需求。