偏振成像的原理基於光的電磁波特性，其中電場和磁場的振動方向與光的傳播方向垂直。普通光線（如太陽光、鹵素燈光）的電場振動方向是隨機的，而偏振光在垂直於傳播方向的截面上，電場隨時間的變化是明確的。偏振光的類型包括：
線偏振光：在光的傳播過程中，只包含一種振動，其振動方向始終保持在同一平面內。
圓偏振光：在傳播過程中，光矢量的大小不變，方向規則變化，其軌跡在垂直於傳播方向的截面上形成圓形。
橢圓偏振光：是線偏振光和圓偏振光的更一般描述，其光矢量端點的軌跡可以是橢圓。
偏振成像技術利用偏振片來控制光的偏振狀態，通過旋轉偏振片可以採集不同偏振方向上的圖像數據。結合Stokes矢量，可以從多個方向上計算光的偏振度，從而得到偏振圖像。
在物體表面反射後，由於物體表面的結構、材質、顏色以及光的入射角等物理性質的不同，反射光的偏振方向也會改變。通過分析這些改變，可以增強或減弱某些反射信息，從而更有效地獲取圖像信息，用於鑑別物體的表面紋理結構、粗糙程度、表面缺陷等。
總結來說，偏振成像技術通過控制和分析光的偏振狀態，能夠提供比傳統成像技術更豐富的信息，特別是在光照條件複雜或需要區分表面細節的情況下。