分焦平面型偏振成像系统（division of focal-plane polarimeter,Do FP）,具有结构紧凑和可实时动态图像采集等独特优势,在伪装目标侦查、生物医学、缺陷检测等军用及民用领域中具有重要的应用潜力,成为当下偏振成像领域的研究热点。金属线栅微偏振阵列（metal-wire-grid polarizer array,MWGP array）是当前主流Do FP的核心元件。但由于该元件的均匀性和光学性能受到纳米量级精度加工技术的限制,很难满足高精度的偏振测量与成像的需求。而以光控取向技术为基础发展起来的液晶微偏振阵列（liquid crystal micropolarizer array,LCMP array）,有着设计灵活、微米尺度的简便工艺、性能优越等独特优势,有望实现高性价比、高精度的分焦面型偏振测量与成像。本论文围绕扭曲液晶微偏振阵列的设计、制备以及偏振成像方面展开了深入研究。首先从扭曲液晶的偏振旋光机制出发,确定四个亚像素采用±22.5°和±67.5°双向扭曲结构、大双折射液晶材料LC-4k和6.6μm的液晶层厚,在400-800 nm波段内的平均偏振效率分别可达0.9996和0.9966。依据液晶弹性体理论,讨论了各个不同扭曲亚像素间的液晶指向矢分布偏差,给出了最优的扭曲亚像素对角型排布结构及亚像素尺寸限制。随后,采用摩擦—光控混合取向的方法,利用数字微镜（DMD）投影曝光系统实现了扭曲液晶微偏振阵列的制备。通过在DMD系统中引入压电平台进行实时位移校正和叠加曝光,解决了由于旋转偏振片平行度误差引起的亚像素重叠错位和DMD微镜间隙引起的栅格缺陷两大关键问题,成功制得了一系列整体均匀无缺陷的扭曲液晶微偏振阵列样品。测试得到22.5°和67.5°单扭曲样品的消光比分别约为6000和1500（@632.8 nm）,最大偏振透过率与后端偏振片保持一致（约75%）,可以满足应用需求。进一步,利用已经制得的扭曲液晶微偏振阵列,基于二次成像原理设计并搭建了一套分焦平面偏振成像系统,对于亚像素与相机传感器像元间的对准进行了研究,利用莫尔条纹法将扭转误差控制在0.03°以内。在此基础上,使用相关算法确定了各亚像素在传感器上对应的位置坐标,使用偏振数据约化矩阵法标定了成像系统的测量矩阵。标定后,该偏振成像系统对线偏振度（Do LP）和偏振角（Ao P）的解算误差分别具有低至1.10%和0.30°的高精度,并可以清晰地分辨出Do LP变化0.1左右的自然物体。而后,创新性地提出了一种基于偏振片切换的偏振—强度双模式成像,充分验证了扭曲液晶微偏振阵列的良好成像性能和多样化应用潜力。本文的研究内容及相关成果为应用液晶偏振阵列实现分焦平面偏振成像提供了理论基础和实践经验,有望实现工程化应用,具有重要研究意义。