本发明涉及一种偏振成像系统，其包括：一偏振光源、一调控光源、一消光滤波装置、一成像装置以及一光学非线性偏振调控元件；该光学非线性偏振调控元件包括：一绝缘透明基底；一设置于该绝缘透明基底的一表面的金属等离子激元层，所述等离子激元层包括多个周期设置的具有手性的微结构；以及一设置于该金属等离子激元层远离该绝缘透明基底的表面且将该金属等离子激元层覆盖的折射率可调控薄膜；所述折射率可调控薄膜包括折射率在光照下可调控的材料。本发明还涉及一种利用该偏振成像系统成像的方法。本发明提供的偏振成像系统可以实现对偏振光的全光式调控成像。该成像方法，具有方法简单，响应速度快的优点。