水下光学成像系统主要由照明光源和接收系统构成。通常采用主动照明方式，照明光源包括普通光源和激光光源两类，激光光源通常采用脉冲或连续的蓝绿激光；接收系统包括照相机、摄像机及其他光电接收装置，具有高灵敏度、低噪声、高增益动态范围等特性。

水体介质具有强的吸收和散射特性，导致成像亮度低、可视距离短、细节模糊和对比度低，成像质量严重退化。水体介质的强前向和后向散射导致图像细节模糊和对比度低。传统的光学成像采用普通光源，发散角大，接收相机也具有较大的视场，图像严重模糊。为了提高成像质量，陆续发展了许多成像方式，一般采用调节照明方式或接收方式来抑制后向散射。最常用的水下光学成像方式有距离选通成像、激光同步扫描成像、偏振光成像等。21世纪初，除了已经较为成熟的水下光学成像方式，也在发展一些新的成像方式，以进一步提高水下光学成像的质量，如调制或解调技术、结构照明成像法、多视角图像构建法、空间相干法等。

利用到达接收器目标的反射信号和后向散射信号之间时间的差异提高成像质量的方法。通过控制接收器的快门，只接收目标反射信号，屏蔽后向散射信号，从而实现目标反射信号和后向散射信号的分离。距离选通成像系统光源采用脉冲激光，脉冲非常短。是最有效的一种光学成像方式。

激光同步扫描成像系统光源采用窄光束的连续激光，接收器采用窄视场角的相机或摄像机。系统接收到后向散射信号将大大减小，对比度有大幅提高。采用接收器与光源同步移动的方式对大目标进行扫描成像。

与传统的成像系统结构相比，偏振光成像系统结构主要区别是在光源前加了一个起偏器，在接收器前面加了一个检偏器。利用目标反射光和后向散射光偏振特性的不同，通过调整检偏器的取向来抑制后向散射，提高成像质量。