分焦平面偏振成像系统具有结构紧凑、体积小和高实时性等优点，且一次成像获得多个偏振方向的光强响应，是目前偏振成像的研究热点。然而，该系统的分焦平面结构导致图像空间分辨率降低。为了重构全分辨率的偏振图像和减弱瞬时视场误差的影响，偏振图像插值是必不可少的。为了保护偏振图像本身的张量结构，提出了一种基于张量非负稀疏分解的偏振图像插值方法。首先，根据非负稀疏编码理论，对四通道的偏振图像块进行张量分解；其次，利用非局部自相似约束，求解稀疏表示；最后，根据采样矩阵，将重构的图像块反向映射获得全分辨率的偏振图像。实验结果表明，本文提出的方法在定量指标和视觉重构效果方面均优于现在主流的方法。