本发明公开了一种基于Stokes矢量的水下偏振探测装置，包括：照明模块；成像模块，成像模块用于在所述照明模块的工作下获取不同偏振状态的图像和未经偏振的原始图像；处理单元，处理单元用于控制成像模块工作时的偏振状态并根据不同偏振状态的图像和未经偏振的原始图像得到水下目标物的恢复图像；及密封舱，照明模块、成像模块、和处理单元均设置在密封舱内。本发明通过获取不同偏振状态的图像和未经偏振的图像实现水下目标物的恢复图像的计算，有效解决了因后向散射导致的图像对比度降低的问题，增强了图像恢复的细节；同时，未经偏振的原始图像可用于与偏振图片进行对比，可以有效地避免水体环境不同所导致的偏振方法失效的问题。