毫米波辐射成像系统在夜晚、阴雨天气以及烟雾、沙尘等恶劣环境的作业能力，使其在各种军用与民用的场景成像中得到了广泛的应用。本文以毫米波辐射成像原理为指导，以实际工程应用巾二维圆锥扫描毫米波辐射成像系统存在的问题为出发点，针对毫米波辐射图像增强算法、毫米波辐射测量极化信息的提取与利用、以及毫米波辐射图像与雷达距离像融合等毫米波辐射成像中的关键技术展开研究。主要研究内容包括:　　依据毫米波辐射探测与成像理论以及平而目标与背景的辐射温度对比度模型，分析了毫米波段的天空亮温与典型日标的辐射特性;基于现有的W波段毫米波全功率直接检波式辐射计，研制了采用极坐标扫描方式的二维圆锥扫描平台，与二维平而扫描平台相比，成像视场得到了大幅度的提高。　　针对圆锥扫描毫米波辐射图像存在非线性畸变的问题，在室外进行了大视场成像实验，提出了毫米波辐射图像的非线性畸变校正方法;根据圆锥扫描毫米波辐射图像中物体大小与探测距离成反比，提出了通过进行距离不同的两次测量提取探测距离的方法;针对二维探测（即辐射成像）的情况提出了计算两幅毫米波辐射图像中目标立体角比例的尺度提取算法，并将一个复杂形状的金属板作为目标进行了不同距离的多次成像，验证了辐射探测距离提取方法以及尺度提取算法的有效性。　　模拟隐匿违禁物品检测场景进行了毫米波辐射成像实验，针对测得的毫米波辐射图像特征，提出了一种基于分段线性灰度变换的空域图像增强方法，与一种基于视觉显著性分析的毫米波辐射图像增强方法。从主观评价与客观参数评价的角度，比较了本文提出的两种图像增强方法与常用方法对人体隐匿手枪时毫米波辐射图像的增强效果。　　提出了利用毫米波辐射能量中的极化信息对口标进行特征提取的方法。分析了毫米波辐射能量中极化产生的原因，通过设计旋转夹具，测量了W波段天空、金属、吸波材料、草地、柏油马路、水泥地砖等典型目标与地物的线极化辐射特性。对一幅包含多种典型目标的真实场景进行了线极化辐射成像，基于主分量分析方法，对线极化辐射图像及其斯托克斯参数进行了分析，提取了金属、草地与水泥地砖停车场这三类目标的特征。　　提出了基于雷达方位-距离像与毫米波辐射图像的三维主被动融合算法。分析了雷达图像与辐射图像融合的主要难点，选用IVS-179型商业线性调频雷达模块作为探测雷达，设计并实现了多目标场景的雷达/辐射复合成像实验。测得了场景的实孔径雷达方位-距离像与毫米波辐射图像，基于主观贝叶斯不确定推理在三维空间中按照加权均方根准则进行了融合，得到的三维融合图像中包含了目标位置、大小、融合强度等信息。对吸波涂层隐身目标的二维雷达方位-距离像与毫米波辐射图像进行了仿真，并用本文提出的三维主被动融合算法对两幅图像进行了融合。在融合后的三维图像中，涂层隐身目标可被有效检测与定位，并显示出与非隐身目标相似的特征。