在相移干涉和偏振成像光学测量中,需要采集多幅图像才能重构出被测的相位或斯托克斯矢量。普通的分时采集方法受到被测目标和测量系统间的振动、空气扰动等因素的影响,对测量环境要求较高。基于像素模板的分焦平面型光学测量系统,可以采集单幅图实现相移干涉或偏振成像的测量,可实现快速运动目标和脉冲光的测量,而且通过对多次测量进行平均,可以减小空气扰动的影响。分焦平面型光学测量系统的核心器件是偏振元件组成的像素模板,现有的像素模板都要采用复杂的微纳加工工艺制作。本文利用偶氮苯聚合物的光致取向和由其导致的双折射特性,通过简单的光刻工艺制作了偶氮取向阵列；实验验证该器件可以作为波片阵列的像素模板应用于分焦平面型光学测量系统中；对于分焦平面型光学测量系统的像素失配误差,研究了各种重构算法的误差。本文具体研究成果如下：(1)利用光弹调制器实时测量偶氮苯聚合物薄膜光致双折射的变化规律。在405nm线偏振光照射下,偶氮苯聚合物的双折射会逐渐增大并稳定在一定值：关掉诱导光后,双折射会略有降低,并最终趋于稳定。本文使用的PCN6薄膜,实测最终的稳定的相位延迟是121。。(2)利用整体被405nm偏振光照射后的偶氮聚合物薄膜,设计了旋转各向异性薄膜实现偏振相移的干涉系统。将薄膜依次旋转到π/3,π/6,-π/6和-π/3采集四幅具有不同相移的干涉图,并由其重构出参考光与被测光的相位差,表明具有光致各向异性的偶氮苯聚合物薄膜可以应用于相移干涉系统中。(3)通过偏振可控的激光直写装置,对偶氮苯聚合物薄膜进行曝光,使偶氮苯聚合物薄膜被周期性的光致取向,形成波片阵列,每个单元的尺寸是10μm×10μm,其相位延迟量均为120。,但是快轴方向周期性变化。利用该波片阵列,搭建了分焦平面型偏振相移干涉系统,实现了对平面镜的干涉测量,重构相位误差的最大值是0.13rad。在相位测量的基础上,进一步求解出入射到波片阵列上光束的琼斯矢量,实现了相干光的偏振成像。(4)研究了分焦平面型相移干涉系统相位重构算法的误差,比较了多点平均法、插值法、频域重构法对分焦平面型测量系统的像素失配误差的抑制作用。其中频域重构法的精度最高,三次样条插值法其次,多点平均法最差。在波片作为像素模板时,为了能够使用频域重构法,需要波片的光致双折射引起的相位延迟量为126.9。,而三次样条插值法没有该要求。(5)设计了可用于全斯托克斯偏振成像的波片阵列,研究了利用波片阵列的分焦平面型偏振成像系统的重构方法,详细研究了插值法和频域重构法对像素失配误差的抑制。对于带限信号,频域重构法的误差小于三次样条插值法；但是带限条件不满足时,三次样条插值法具有一定优势。对于偏振图像中的边界区域,当边界比较模糊时,频域重构法和三次样条插值法都具有较高精度；当边界比较锐利时,频域重构法的误差小,但是三次样条插值法的在边界处的误差振荡区域小。当被测图像的空间频率具有高频成分时,重构误差较大,分焦平面型偏振成像方法不再适用。