传统的成像探测只能获取目标的强度信息，在复杂环境中，其探测能力会受到极大的限制。偏振成像利用目标和背景的偏振特性差异，可以在复杂背景中增强目标与背景的对比度，提高目标探测和识别的能力，如今已广泛的应用在军事，医学，天文学等领域。目前传统偏振成像系统主要可分为分时偏振成像系统和同时偏振成像系统。分时偏振成像系统实时性差，成像误差大，动态场景应用受限。同时偏振成像系统能量利用率低，分辨率低，对于微光环境与远距离环境的偏振成像质量较差。

针对以上传统偏振成像的问题，本文设计出了一种非共轴多通道偏振成像系统。该系统采用了四通道阵列结构，每个通道分别获取0°、45°、90°和135°的偏振强度图像，通过Sift特征算子完成通道间图像配准，通过Stokes矢量法解算线偏振度、偏振角和偏振特征因子，从而实现偏振成像。针对这种偏振成像系统结构建立了数值仿真模型。分析了各个通道间间距、光轴平行度以及偏振片检偏角度对偏振成像结果造成的误差，归纳总结出偏振成像精度大于1%的系统结构参数范围。针对本系统偏振成像会损失背景强度的缺点，提出了一种基于非下采样Contourlet变换(NSCT)和自适应脉冲耦合神经网络(PCNN)的偏振图像融合算法，将Stokes矢量中的参数I代表的光强度和偏振特征因子进行融合。通过本文设计偏振成像系统对微光环境、低对比度环境以及远距离环境进行了实验，实验结果表明了成像系统和融合算法对多个场景下的目标探测能力提升效果显著。