Ce mémoire présente le bilan de l'ensemble de mes travaux de recherche effectués de septembre 2006 à juin 2019 au sein de l'équipe Creusotine du laboratoire Le2i devenue équipe Vibot ERL CNRS 6000 depuis janvier 2018. Les principales activités de recherche que j'ai menées au cours de ces 10 dernières années autour de l'imagerie polarimétrique, de la vision omnidirectionnelle et de leurs applications en vision pour la robotique seront particulièrement détaillées dans ce document. Elles seront présentées selon deux grandes parties : la première concernera plutôt l'aspect mise en œuvre et calibrage des caméras et la seconde se concentrera sur les applications potentielles en vision pour la robotique. Ces cinq dernières années, l'équipe de recherche a recentré ses activités autour des applications de l'imagerie dite non-conventionnelle (vision omnidirectionnelle, imagerie infrarouge, imagerie polarimétrique, etc. ) à la robotique mobile et à l'analyse de scènes 2D/3D. Mes travaux s'inscrivent pleinement dans la thématique de l'équipe et le projet ANR VIPeR (VIsion Polarimétrique Pour la navigation de Robots) que j'ai eu l'opportunité de coordonner de 2015 à 2018 nous a permis de renforcer l'axe de recherche autour des applications de l'imagerie polarimétrique aux véhicules. L'objectif du projet était d'instrumenter une caméra polarimétrique pour démontrer le potentiel de cette modalité, à l'instar des nombreux animaux qui utilisent la perception de la polarisation de la lumière pour appréhender leur environnement et pour s'orienter dans l'espace. Comme nous le verrons dans le document, l'imagerie polarimétrique devient relativement simple à mettre en œuvre pour des applications dynamiques et embarquées depuis la récente apparition sur le marché des caméras polarimétriques.