研究表明，除海洋外，自然背景偏振度常常比较小，而人造目标却要大得多。尤其重要的是，偏振度是辐射值之比，不需要准确的校准就可以达到相当高的精度，因此，偏振探测在红外探测方面具有极高的应用价值。
地球表面和大气中的目标在反射红外辐射时，都会产生部分偏振光。根据基尔霍夫理论，目标的自发辐射中也包含偏振信息。
偏振探测优势在于：目标偏振特性不仅由目标温度决定，而且由目标表面的粗糙度、材料、观测角度等因素决定。
偏振成像系统与传统红外辐射的表示方法上，也完全不同。在传统红外系统中，红外辐射用辐射强度来表示。在偏振成像系统中，红外辐射用Stokes矢量
来表示。Stokes矢量定义为：
其中，
表示红外辐射强度，因而总是正的；
表示X方向与Y方向上的线偏振光的强度差，根据X方向占优势，Y方向占优势或者两者相等，分别取值为正、为负或者为零。
表示+π/4方向与-π/4方向上的线偏振光的强度差，根据+π/4方向占优势、-π/4方向占优势或者两者相等，分别取值为正、为负或者为零。
表示右旋圆偏振分量还是左旋圆偏振分量占优势，根据右旋方向占优势、左旋方向占优势或者是一样，
取值为正、为负或为零。
偏振度的定义用Stokes参数来表示：
即全偏振分量的强度与该光波总强度的比值。全偏振分量的偏振椭圆方位角表示为
偏振椭率
表示为
在成像显示时，常选用的偏振量有偏振度、偏振角或者某个特征方向的偏振图像，可根据需求选用适当的特征量作为目标检测与识别的主要参量。
偏振光谱成像探测技术提供了同时获得空间、光谱和偏振信息的手段，所测量的数据可以用7个相互独立的变量来表示：空间变量（x,y），波长变量（λ）、偏振变量（Stokes向量
、
、
、
）。
偏振光谱角反映的是两条光谱曲线形状上的相似度，对光谱矢量的长度（亮度值）并不敏感；偏振光谱距离反映的是两条光谱矢量之间的距离，即亮度值大小的差距，但不能表现出两条谱线在形状上的差异。
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