获取高对比度及清晰度的图像在城市交通、视频监控、公共安全、导航、监测、遥感等领域至关重要。但受到室外恶劣天气环境的影响,传统成像系统在雾霾天气条件下成像时,由于大气中的颗粒对目标辐射/反射光的散射作用,导致采集到的图像大幅降质,其中的细节信息丢失严重。针对这一问题,数字图像去雾技术和光学图像去雾技术被用于恢复雾霾天采集图像的颜色信息和细节信息,其中偏振成像去雾技术以其适用范围广、去雾效果佳、实用性强等优势引发了国内外学者的广泛研究,但现有偏振成像系统普遍存在实时性差、空间分辨率低、复原图像效果差等缺点。本文围绕偏振成像探测及其成像系统的研制展开研究,分析了偏振成像探测原理及现有几种实时偏振成像系统的优缺点,在此基础上设计了一种光轴平行的四相机偏振成像系统方案,并完成其原理样机研制。通过对样机采集到的同一场景的不同线偏振态图像进行配准及去雾霾处理,最终得到复原效果较好的清晰场景图像。论文完成的主要工作如下所述:(1)针对雾霾天拍摄到的图像能见度低等问题,本文结合偏振成像探测原理,设计了一种基于计算成像的四相机实时偏振成像系统结构方案。该系统不存在机械转动结构,可靠性和稳定性好;且不受随时间变化的外界条件干扰,环境适应性强,空间分辨率高。(2)利用光学设计软件ZEMAX对光学系统初始结构进行优化,完成四相机偏振成像光学系统的设计,并用Zernike像差标准系数及像差曲线分析优化完成的光学系统成像质量。(3)根据光学系统的设计结果及偏振成像的应用需求,完成四相机实时偏振成像系统中的光学元件选型及原理样机装配。利用样机采集到雾霾天气条件下同一场景的四幅线偏振态图像,发现采集到的图像效果符合预期。通过对这四幅图像进行处理,发现处理后的图像与原图相比,在视觉效果与客观评价指标上都有很大提升,验证了四相机实时偏振成像系统的可行性和实用性,进一步证明了本文研究工作的必要性和应用价值。