随着科技的不断发展,如何在复杂环境中获取清晰图像和有效信息等成为了一个十分重要的话题。近年来,偏振理论和技术逐渐成熟,利用偏振光作为信息传输的载体在信息传输、水下探测、对地遥感、军事目标检测及生物医学等领域越来越发挥着重要的作用。偏振是与光的强度、波长和相位等一样,也是光的一种基本物理属性。相对于传统的成像方法,偏振成像不仅可以获得目标的辐照度信息,还可以获得目标的偏振信息,从而提高了从复杂场景中检测和重建目标图像的能力。然而偏振光在复杂环境中传输必然会发生散射和吸收,丢失了其原始信息导致成像效果变差。对此,前人主要利用了基于散射模型改进的算法进行散射光的去除来优化图像,并没有从光的传输本质上去恢复原始图像。本文基于分层散射理论和蒙特卡洛算法,构建大气散射模型,分析大气分散体系中偏振光的传输及转化特性。基于改进的偏振恢复算法,利用大气散射体系穆勒矩阵的唯一性来恢复对地目标原始图像。从仿真结果来看,相比较于传统成像方法可以得到更为清晰的图像,尤其是对于更大的光学厚度,其效果更为明显。再者,本文还探究了穆勒矩阵对于图像恢复的适用尺度,发现即使大气存在着一些流动性,在一定范围内也能很好的恢复目标图像。并且讨论了传输光波长对于成像质量的影响。文章的主要研究内容如下:(1)大气仿真模型构建及其偏振传输特性分析。基于偏振和散射的基本理论,利用大气分层散射算法和蒙特卡洛算法,构建仿真传输模型,并结合实际大气参数进行仿真计算。基于三维仿真图研究了线、圆偏振光在上、下行传输过程中的变化规律,同时计算了在不同环境下,线、圆偏振光的传输及偏振转化特性。(2)利用改进的偏振恢复算法实现大气遥感恢复成像。提出了改进的偏振恢复算法。针对大气环境高复杂度、长距离的传输特性,通过发射多种偏振光计算散射体有效穆勒矩阵来恢复目标图像。通过改变仿真环境光学厚度实现与传统成像作比对。最后利用图像质量指标验证本文方法的有效性和优越性。(3)研究了穆勒矩阵的恢复尺度及波长、不同偏振光对成像质量的影响。大气的流动性导致了穆勒矩阵的时变性,为了证明本文方法的实用性,利用初始穆勒矩阵去恢复不同大气环境中目标图像并计算其恢复尺度。另外,不同的波长或偏振态的光在传输过程中其散射特性并不相同。通过发射不同波长和不同偏振态的光,分析了其对成像质量的影响。