水下目标探测技术是我国海洋经济发展和海疆国防技术发展急需的关键技术,也是国际上沿海国家重点发展的前沿方向。水下目标的“直接成像”和“非直接成像”探测都涉及到水面波纹的检测问题。然而水体本身属于透明介质,传统的强度成像方式难以获取有效的波纹形状。近年来基于偏振成像的物体三维面形测量方法在透明介质面形测量方面展现出技术的可行性,在机载水下目标成像探测等领域展现出应用前景。然而该领域的研究大多限于可见光波段,基于红外偏振成像测量水面三维面形的研究却很少涉及。为解决夜间使用的实际需要,本文在传统的基于可见光波段表面反射光偏振特性测量透明物体三维面形的基础上,提出利用长波红外波段水面波纹的偏振信息来测量水面的三维面形以此探测水下目标的设想。为此,本文的主要研究内容如下:(1)研究适用于本文的水面红外偏振辐射传播模型。局限于分时偏振成像系统无法实时获取水面动态波纹的偏振信息,本文主要研究基于分时偏振系统的静态水面红外偏振测量问题,为测量动态波纹的三维面形提供理论支撑;(2)仿真水面的可见光与长波红外偏振度,得到水面偏振度随入射角的变化关系曲线,并在可见光波段和长波红外波段进行水面偏振度的实测实验,讨论实测实验数据和仿真曲线的拟合程度,分析仿真与实验过程中的误差来源;(3)在基于反射光偏振特性的透明介质三维面形测量方法的基础上,研究基于长波红外偏振成像的水面三维面形重建方法,并基于此方法利用实测实验获得的水面偏振数据重建水面的三维面形。实验结果表明了利用该方法可较好地测量水面的三维面形;本文在建立水面红外偏振辐射传播模型、水面长波红外偏振度仿真、利用长波红外偏振成像系统测量静止水面的偏振度、以及利用水面的长波红外偏振信息测量水面三维面形方面取得了一定的进展,为测量动态波纹的三维面形提供了理论支撑,以期为水下目标非声探测技术提供新的技术手段。