本文采用了激光主动照明与偏振成像技术相结合的方法以实现复杂气象条件或恶劣环境下的目标图像获取,并研究先进图像融合算法提升图像质量。基于此技术围绕激光束的传输变换及质量评估、激光能量计算、先进偏振图像融合算法等多方面循序渐进的开展了相关研究工作,旨在为后续研究奠定理论与技术基础,加快激光主动照明偏振成像技术的工程化应用进程。首先,本文依据理论计算与数据分析的结果选择了照明用激光波段,提出了光束传输质量评估方法,推导了激光功率的计算方法。其中,激光波段依据大气窗口、目标特性、吸收效应等因素进行选择;光束传输质量评估方法兼顾激光扩束与视轴失配损耗、大气湍流效应对光强分布的影响、光束的漂移与扩展等因素;根据探测器端灵敏度、图像对比度、信噪比等方面详细计算分析了激光功率要求。其次,搭建平台研究烟尘环境下的静态主动式偏振成像技术。使用532nm连续激光器经过准直与扩束后作为照明光源,以金属子弹模型为探测目标,在有机玻璃罩内通过烟雾发生器营造烟尘环境,采用可调节旋转偏振片实现偏振方向旋转,利用LM135相机采集图像,在matlab平台下进行图像处理。根据实验结果对比分析各种环境下的偏振成像效果,在图像信息熵、平均梯度、空间频率、标准差等方面数据量化激光照明及偏振成像技术在烟尘环境及暗弱条件下的成像优势。然后,为进一步提高暗弱环境下的目标图像获取质量,深入研究偏振图像与可见光图像的融合算法。提出了基于特征提取与视觉信息保留的图像融合方法、基于潜在低秩表达的图像融合方法、基于离散余弦变换和局部空间频率的图像融合方法,通过对实验图像的融合比对了算法性能的优劣。最后,为提高融合算法的实时性,根据激光主动照明与偏振成像技术相结合的特殊应用环境,提出了模糊自适应偏振图像融合算法。融合图像较可见光图像的信息熵平均提高了1.75倍,平均梯度提升了6.2倍,该算法简单可靠,实时性高,进一步提升了探测距离与图像对比度、信噪比,扩充了图像的可挖掘信息,尤其对于低能见度条件下的暗弱目标成像优势明显,为该技术的应用提供了重要的数据参考与技术铺垫。本文深入研究激光主动照明下的偏振成像技术及其图像融合算法,该技术可抑制背景噪声、提高探测距离、获取目标细节特征、识别目标伪装并区分引诱物。在精确制导、战场侦察、安控、智能交通、医疗等领域具有指导意义和广泛的应用前景。