光学探测以其快速高效和成像的优势正在海洋探测领域发挥愈加重要的作用,随着探测技术的进步,使用飞机、遥感卫星等航空、航天飞行器对海洋进行探测愈加成为现在常用的海洋探测方式。从空中对海洋进行探测与传统的使用水下探测器探测相比,需要经过空气和海面,多介质的探测环境将对探测结果带来更多影响。为了明确各因素对从空中对海洋探测的影响,本文分别分析了空气、水气界面、海水对探测的影响,然后统合这些因素建立跨介质的水下目标光学成像传输模型。在空气部分,由于空气的影响很小,本文重点研究了海雾。通过雾滴谱分析了雾滴粒子的粒度的体积密度分布,运用Mie散射理论计算了532nm波长光下消光系数与粒子半径的关系,进一步计算了光能量在海雾中传播的衰减,得到了指数衰减的结论及部分可见度下的衰减系数。在水气界面部分,波涛起伏的水面产生的复杂折射会使得探测光的传播方向和振幅产生变化,这种变化依赖于海面具体某一点的法线,为此需要建立模拟海面以得到海面各点参数。本文基于统计波模型建立了模拟海面,针对海洋光学成像探测中的相关探测技术分析和统计了入射角和折射角的大小与分布,发现大多数都是对探测影响不大的小角度角。海水对光有吸收和散射作用,前者使得探测光的振幅迅速衰减,探测距离受限;后者不但使得探测光振幅衰减,其产生的后向散射光会随同探测光一起回到探测器产生噪声。本文先分析了水体中各成分的影响,然后运用Monte Carlo法和Mie散射模拟了光子的传输,从而分析水中光能量的衰减和扩散情况;运用Stokes矢量及Mueller矩阵模拟了水体中光的退偏振过程。结果表明光的能量扩散与水体中散射粒子分布密切相关,偏振探测确实具有良好的抗干扰能力。最后结合以上研究模拟了跨介质水下光成像,研究了折射影响并结合SSIM图像评价理论分析了模拟结果,对比了自然光探测与偏振探测。结果表明水体散射对成像的影响很大,同等光强下偏振探测的成像效果优于自然光探测。