海洋具有极为重要的政治、经济和军事意义,作为认识海洋、开发海洋以及利用海洋的重要手段和工具,水下目标探测在深海资源开发、海洋科研等方面有着重要意义。而光学探测技术作为常用的水下探测技术具有获取目标高分辨率、信息含量高、图像直观等优点。水体衰减和后向散射是制约水下光学探测距离的主要因素,导致探测图像质量降低。作为一种新型成像方式,鬼成像技术具有穿过光学散射媒体成像的能力,可以提高水下光学探测技术的探测距离和质量。论文开展了水下鬼成像研究。介绍了鬼成像和计算鬼成像的基本原理;研究了传统鬼成像重建算法和基于压缩感知的重建算法,并对两类算法进行了对比,结果表明基于压缩感知的重建算法结果远好于传统鬼成像重建算法。研究了后向散射对水下鬼成像的影响,通过理论和实验等分析手段指出在鬼成像中,后向散射光会叠加在物体信号上形成强烈的背景噪声,导致图像信噪比及对比度大大降低,严重时甚至会淹没信号,建立了水下鬼成像的正向模型;而后,根据后向散射光的保偏特性,提出利用两次正交偏振对后向散射光进行消除,建立了基于偏振的水下鬼成像模型,并给出了数学求解算法。根据水下偏振鬼成像原理,设计了水下偏振鬼成像实验方案,并搭建了水下偏振鬼成像实验平台。实验平台主要包括高速空间光调制器、投影系统、数据采集卡、光电倍增管、线偏振片及LED光源。基于Labview编写了实验平台控制软件,实现了空间光调制器与光电倍增管的同步工作。利用搭建的实验系统开展了水下偏振鬼成像实验,实验采集了 7种不同水体浑浊度下的实验数据,利用结构相似性(Structural Similarity,SSIM)标准对重构结果进行分析。实验结果表明,水下偏振鬼成像算法能够有效的抑制后向散射,使图像质量得到明显提升。