随着海洋资源的不断开发以及领海问题的日益突出,水下目标探测、水下环境监测和海上军事侦察等问题受到了更加广泛的关注,但由于水中介质对光的吸收和散射作用,造成所获取的强度图像出现对比度低、清晰度低、细节丢失及颜色失真等问题,降低了图像的应用价值。高光谱偏振成像技术将目标的空间信息、光谱信息和偏振信息的探测技术融于一体,能够以纳米级的光谱分辨率获取目标每个空间位置上的偏振信息,为后续的目标检测提供更加丰富的信息源,相比于传统强度成像技术,高光谱偏振成像技术对于水下目标的探测和识别更为有效。本文针对提高成像系统探测能力与复原水下图像的任务需求,提出了一种基于液晶调制的高光谱偏振成像技术,利用液晶可调谐滤光器分光和铁电液晶高速偏振调制的组合形式实现对目标宽光谱、全偏振信息的同步探测,该系统具有结构紧凑、无运动部件、稳定性高及凝视成像等优点。本文对液晶可调谐滤光器的滤光原理与过程进行仿真验证,并利用遗传算法对偏振调制模块的铁电液晶和波片的快轴角度进行宽波段优化设计,以此降低系统的噪声和误差传递。同时,本文对水下散射介质中的图像复原技术展开研究,通过对现行算法的深入分析,针对其存在的不足,提出了一种基于光谱偏振成像的水下图像复原方法,将基于Stokes矢量的偏振复原方法与多谱段融合方法有效结合,综合二者优势,有效提高水下散射介质成像的清晰度与成像距离。通过搭建实验平台,分别进行室内、室外的高光谱偏振成像实验,得到目标所有谱段下的全偏振信息,实验结果能够准确反映目标的光谱偏振特性,表明系统具有良好的光谱偏振成像测量性能;另外,通过水下高光谱偏振成像实验,验证了基于光谱偏振成像的水下图像复原方法的有效性,并定量化对比分析本文方法与传统方法处理后的实验结果,说明了该方法能够得到场景目标更加丰富的细节信息与颜色信息,适用范围更广。本文提出的基于液晶调制的高光谱偏振成像系统结合基于光谱偏振成像的水下图像复原方法,为水下目标探测提供了一种有效的技术方案,在水下实时清晰成像方面具有潜在应用价值。