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光的偏振及其在视觉中的应用
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2022-04-24 09:13:56来源: 光虎光电科技(天津)有限公司

在许多工业应用中,由于低对比度或高反射成像条件,视觉检测具有很大的挑战性,偏振相机可以帮助发现隐藏的材料特性,并提供比标准彩色和单色相机更高的视觉清晰度。

可以利用偏振相机过滤掉不需要的反射或眩光,并通过对偏振光角度着色来增强对比度。产品中使用的不同材料可以反射和改变光的特性。普通彩色和单色传感器可检测入射光的强度和波长,而偏振相机内部使用的特殊偏振传感器可以检测和过滤反射、折射或散射表面的光的偏振角度。

什么是偏振?

偏振片的偏振

偏振是光的基本属性,描述了光的电场振荡的方向。大多数光源,如太阳,发出非偏振光。非偏振光在垂直于行进方向的随机方向上具有振动。对于要偏振的光,随机定向振动被移除或转换为线性,圆形或椭圆形电磁波。

偏振片是一种光学滤光片,它允许特定方向的光波通过,同时阻挡其他方向的光波。它可以将未定义或混合偏振的光束过滤成一束明确定义的偏振光束,即偏振光。常见的偏振片类型是线性偏振片和圆偏振片。

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反射偏振

非偏振光可以通过非金属表面的表面反射进行偏振。金属表面反射入射光的偏振,无论是偏振的还是非偏振的,并且不会显着偏振。其他材料,如玻璃、塑料和水的半透明表面,将一定量的光反射并偏振回环境中。

由于具有平行于入射平面的电场的光的反射系数在0°和90°之间的某个角度处为零,因此该角度的反射光是线性偏振的,其电场矢量垂直于入射平面并平行于其反射的表面的平面。发生这种情况的角度称为偏振角或布鲁斯特角。在其他角度,反射光被部分偏振。

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折射偏振

偏振也可以通过光的折射发生。当光束从一种材料进入另一种材料时,就会发生折射。在两种材料的表面,光束的路径改变其方向。折射光束获得一定程度的偏振。大多数情况下,偏振发生在垂直于表面的平面上。

冰岛石(Iceland Spar)是一种相当罕见的矿物方解石形式,它将入射光折射成两条不同的路径。光线在进入晶体时被分成两束。随后,如果通过冰岛Spar晶体观察物体,将看到两个图像。这两个图像是光的双重折射的结果。两种折射光束都是偏振的,一个在平行于表面的方向上,另一个在垂直于表面的方向上。由于这两条折射光线以垂直方向偏振,因此可以使用偏振滤光片完全阻挡其中一幅图像。如果滤光片的偏振轴垂直于偏振光的平面对齐,则光被滤光片完全阻挡;同时,第二幅图像尽可能明亮。如果滤镜在任一方向上旋转90度,则第二个图像将重新出现,第一个图像将消失。

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偏振的应用

偏振的应用长期以来一直用于机器视觉检测,以检测应力,检测物体并减少透明物体的眩光。典型的设置需要在目标物体、光源和相机之间安装一个或多个外部偏振片板。各种设置可用于测量材料应力,增强对比度以及分析表面质量的凹痕或划痕。

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应力检测

当偏振光穿过透明材料时,偏振光的入射角度将通过物体中的不同应力区域转换为不同的角度。通过将颜色分配给特定的偏振角度,可以可视化缺陷和应力区域。

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减少反射

物体会反射光线,使表面检测变得困难。食品和包装检测应用可以通过减少反射和眩光来减少偏振片的使用。

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提高对比度

在低光照条件下,可以通过检测物体偏振的角度来改善对比度。上面的例子展示了如何在低光下通过常规成像来改善对比度。

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划痕检测

与应力检测类似,使用传统成像很难识别某些缺陷和划痕。为了帮助识别表面缺陷,偏振成像可用于检测透明材料上的划痕。


【来源:光虎光学内部培训资料】

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