偏振光技術是成像數十年來用於圖像增強的一種濾波技術，它也被廣泛用於商業攝影和機器視覺圖像採集中。自2018年以來，隨著偏振光相機和成像組件發布，機器視覺中偏振光的新應用和用途不斷湧現。
要了解偏振光應用，需要了解最新的偏振相機和傳感器，並需要了解使用偏振技術的優勢和局限性。
偏振概念
光是一種橫波，垂直於其傳播方向振蕩。
自然光以及幾乎所有的人造光（LED，白熾燈，螢光燈等）都是非偏振或弱偏振的。自然光從光源沿任何徑向傳播。偏振光是其中光僅沿一個特定方向傳播的光。自然界中的光可以通過吸收，折射，反射，散射和雙折射。例如，當光照射到水時，它可以垂直於線性反射，即在該特定方向上偏振，反射到水表面，我們將其稱為眩光。再舉一個例子，當太陽在天空中移動時，太陽光線照射窗戶的角度將發生變化。在某些時候，光線會以被感知為眩光的角度從窗戶反射或偏振。
天空是藍色的，因為陽光會照射大氣的分子結構並散射，從而使光在特定方向上偏振。隨著太陽相對於大氣的角度發生變化，光的偏振角也會發生變化，並且人眼會感知從黎明到中午到黃昏的顏色變化。
偏振技術
回到太陽反射出水面並產生眩光的例子，攝影者可以使用偏振濾光鏡去除眩光，通過過濾導致眩光的特定角度的光來改善圖像。
類似地，在機器視覺中，人工偏振技術可幫助開發人員選擇或限制進入相機鏡頭並照射圖像傳感器上的光偏振方向。人工偏振光的三種基本方法是線性偏振，圓偏振和橢圓偏振，後兩種方法是線性偏振的擴展，在機器視覺中並未廣泛使用。
二向色，薄膜和線柵偏振鏡是機器視覺中用於製造線性偏振光的最常見組件。線柵型偏振鏡尤其可以承受雷射的功率水平，這在工業和科學實驗中常用的組件。
偏振濾光片通過選擇或限制在單個平面中傳播的光波來起作用。濾光片的方向決定了可以通過濾光片的光波的方向，從而選擇一組光波前進並阻止其他光波繼續傳播。
使用多個濾光片，每個濾光片可防止光波以不同的方向通過，從而使光的衰減更好。僅允許垂直光通過的濾光器，然後僅允許水平光通過的濾光器，將一起起作用，以阻止大部分通過濾光器對的光波通過。
偏振的應用
機器視覺中常用的偏振技術包括檢查高反射率材料、金屬和機加工金屬在微觀水平面上的紋理，這些會導致光性極化，這使得使用偏振濾光鏡非常有用。在其他領域也有使用到偏振技術，例如塑料和玻璃，包裝材料，半導體和LCD檢查。
在檢查環境中採用偏振的正確方法通常在光源上放置一個偏振鏡，即應用偏振光源在物體反射光之前對光做偏振，然後在鏡頭前放置一個偏振鏡。以相同或互補的角度對對光進行偏振。
即使投射到物體上的光被偏振鏡限制了偏振角，但光從物體反射時，物體的反射的光仍可能產生不希望的偏振角度。使用兩個偏振濾鏡可以更好地控制進入相機的光角度，從而確保所需的圖像清晰度。
僅將偏振鏡放置在攝像機鏡頭上，從而僅使反射光偏振，有時可能是一種有效的技術，但通常不一定有用。
拍攝時使用可旋轉的偏振鏡，這樣在拍攝時就可以調整場景中物體表面反射的光的偏振角度。根據不同場景調整偏振角度，這是在機器視覺中實用技術。
以傳送帶上的零件迅速通過相機並進行檢查為例。即使在偏振光和濾光片協同工作的情況下，也無法在零件檢查時獲得完美的圖像，每一個零件的結果並不一致，因為物體相對於相機的位置可能會發生變化，這會影響偏振光從零件表面反射的角度。然而，新偏振技術變得容易克服這種限制。
偏振傳感器
Sony的IMX250MZR / MYR Polarsens傳感器代表了傳感器上偏振技術的最新實現。偏振元件是在微透鏡下方的矽中製造的，這使傳感器具有獨特特性性。在彩色圖像傳感器中，濾色器直接位於偏振鏡下方。
偏振傳感器中的偏振鏡是在傳感器上每個透鏡下通過線柵偏振鏡微觀實現的，偏振鏡在四個像素組中具有0°，45°，90°和135°偏振角。最後每個四像素塊等於一個輸出像素，也就是說傳感器的解析度會降低4倍。通過對來自每個四個像素塊的圖像進行運算分析，傳感器可以收集到出現在被觀察對象表面上的線性偏振的大量信息。
通過對不同的偏振角度光的抑制，獲得到不同的圖片，在某個角度我們可以使得圖像不受反射光的影響。
然後，軟體可以動態地處理每個偏振角度生成的圖像，把4張圖像進行合成。得到一張沒有眩光的圖像，該眩光可能源自不同偏振角度的圖片，從而使提取到特徵不受眩光影響。劃痕更清晰。
偏振技術也可以用於線掃描相機中，例如DALSA的四線Piranha4 ，它具有四根線性傳感器線，每條線都有一個傳感器上偏振鏡，每個傳感器線設置為不同的偏振角。
時延積分（TDI）設置中的每條線依次拍攝物體的同一位置。然後，這四個圖像合併為一個合成圖像，從而提供了全解析度的偏振圖像，而由像IMX250MZR / MYR這樣的區域傳感器創建的四像素插值圖像則會降低解析度。外星眼機器視覺認為幾乎所有相機製造商現在都可以使用片上偏振傳感器，從而推動了開發人員和製造商為機器視覺系統提供更好的解決方案。由於偏振膜的加入傳感器的感光程度會有所下降，單純提高光照亮度，提升可能有限，對於工業這樣需要生產效率的領域，可能這是個要解決的問題。
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