光偏振技術再次迎來進步,光偏振在機器視覺中的應用
2021-01-19 外星眼機器視覺網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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機器視覺成像中的光偏振技術
雖然這類相機適用於許多應用場合，但在視場包含極亮區域或熱點的情況下，可能會出現問題。有些物體具有反射性極強的某些特徵，或者物體可能從產生強烈反射的角度被照亮。光偏振濾波器可以解決這些和其他常見的成像問題。 -
光的偏振
偏：偏離、偏向；振：振幅、振動；光的偏振，光偏向某方向振動的現象；非偏振光，光朝各個方向的振動都有，隨機分布；按傳播方式，光波分兩類：橫波：振動方向與傳播方向垂直；縱波：振動方向與傳播方向平行；偏振指的是相對傳播方向的不對稱性的振動；所以橫波才有偏振現象，縱波不存在偏振現象；非偏振光：如燈泡（光波的振動方向隨機）； -
光的偏振及其簡單應用
而這就是光的偏振問題，光振動方向相對光傳播方向不對稱的性質，稱為光的偏振特性。根據光的偏振特性，可以將光分為非偏振光、部分偏振光和偏振光。偏振光又可以分為線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。類似於帶有狹縫的木板的光學器件叫做偏振片，只允許某個方向振動的光通過，這個方向為透振方向。當光的振動方向與透振方向完全垂直時，光被完全阻擋。生活中，除了太陽、電燈等光源直接發出的光以外，我們看到的絕大部分光為偏振光。自然光在玻璃、水面等表面反射時，其反射光和折射光都是偏振光。 -
常識積累:光的偏振
1.概念光的幹涉和衍射現象說明了光具有波動性。光的偏振和光學各向異性晶體中的雙折射現象進一步證實了光的橫波性。 -
【高中物理試講】光的偏振
人教版高中物理選修3-4一、教學目標【知識與技能】1.認識振動中的偏振現象，知道只有橫波有偏振現象；2.明白偏振光和自然光的區別；3.了解偏振光的應用，知道日常所見光多是偏振光。教師簡單介紹課本第二個試驗裝置，強調起偏器P和檢偏器Q的作用(用於從自然光中獲得偏振光的偏振片稱為起偏器，用於鑑別光的偏振狀態的偏振片稱為檢偏器)。演示同時引導學生認真觀察隨著檢偏器Q的轉動屏上光照強度的變化。師生總結後得知太陽光源包含了垂直於傳播方向上沿一切方向振動的光，而且各個方向振動的光波強度都相同，這種光叫自然光。 -
偏振概論
它們通過相對於其正交分量延遲（或延遲）偏振的一個分量來做到這一點。為了幫助您確定最適合您的應用的波片，請閱讀了解波片。正確選擇的波片可以將任何偏振態轉換為新的偏振態，並且最常用於旋轉線性偏振，以將線性偏振光轉換為圓偏振光，反之亦然。應用領域在各種成像應用中，實施偏振控制可能很有用。 -
高中物理《光的偏振》教案
一、教學目標1.知道反射光是不同程度的偏振光，了解光的偏振現象在生活和科學技術中的重要應用。2.通過光的偏振現象的研究，培養學生善於動手動腦、敢於猜想、喜歡探究的學習習慣和科學的思維方法。3.通過了解光的偏振現象的應用，深切體會科學知識的實用價值和掌握科學知識的人生價值，激發學生對科學的好奇心和求知慾。 -
偏振雷射的應用
李小川 廖雲電子科技大學光電信息學院摘要：本文通過介紹偏振雷射的Stokes矢量表示法、偏振度、解偏度的概念來說明偏振雷射的應用，如水下成像技術以及醫學上的診斷應用。本文主要以水下成像和在醫學上的應用來說明偏振雷射的應用前景。1.水下成像應用混濁介質中物體的成像目前仍然是科學與工程界較難解決的問題之一。數年的研究表明，限制水下成像的距離主要有以下原因：吸收和散射作用造成光在水中的衰減；而光的後向散射造成目標圖像的不清晰；目標與探測器之間的光散射使圖像模糊並降低圖像的對比度。 -
複習專題——光的偏振
二、光波具有偏振現象 光的電磁理論證明，光波中含有電振動矢量E和磁振動矢量H，且都與傳播速度v 垂直。所以光是橫波，具有偏振現象。 大學物理課程中，學習了獲得偏振光的三種方法，其中包含以下需要掌握的知識點。1、利用偏振片獲得偏振光理論依據：物質的二向色性。知識點：（1）自然光通過偏振片後，變為偏振光，且光強度減半。 -
光學要點(三):光的偏振
自然光：在垂直于波線的平面內，光振動沿著任何方向的振幅都一樣大，如上圖中(a)所示，且彼此之間沒有固定的相位關係。b. 部分偏振光：在垂直于波線的平面內，光振動沿不同方向的振幅不相同，如上圖中(b)所示。c. -
選修3-4 13.6 光的偏振
3．立體電影也是應用了光的偏振現象。>B．透過的光強先增強，然後減小到非零的最小值C．透過的光強在整個過程中都增強D．透過的光強先增強，再減弱，然後又增強11．關於光的偏振現象，下列說法中正確的是（ ）A．偏振光沿各個方向振動的光波的強度都相同B．自然光在水面反射時，反射光和折射光都是一定程度的偏振光C．光的偏振現象說明光是一種縱波 -
偏振成像的基本原理和優點
根據 AIA公司最近的一項市場調查，機器視覺全球市場在2015年達到7.6億美元，其中80%來自單色相機，20%來自彩色相機。雖然偏振片是機器視覺中常用的一種，但到目前為止還沒有線掃描偏振相機用於捕捉多偏振狀態的圖像。 偏振提供了許多好處，它不僅檢測幾何和表面，而且測量無法用常規成像檢測的物理性質。 -
光的偏振和偏振光知識詳解!
一、線偏振光在光的傳播過程中，只包含一種振動，其振動方向始終保持在光的偏振同一平面內，這種光稱為線偏振光（或平面偏振光)。當入射光以某一角度入射到透明介質中時，反射光為偏振方向垂直於入射面的偏振光（s偏振光），投射光線為部分偏振光。通過這種方法我們就得到了s偏振光。 -
[科普時間到]-光的偏振
偏振光使人們可以觀看立體電影立體電影的拍攝基於兩個攝影機，同時分別拍下同一物體的兩個畫面，兩個攝影機鏡頭分別為兩偏振鏡片，鏡頭1為偏振方向為豎直方向，鏡頭2為偏振方向為水平方向，同時對物體進行拍攝，就像人的兩隻眼睛在看同一物體。在電影院放映時鏡頭A,B就是兩臺放映機，同時在同一屏幕進行放映。觀眾每隻眼睛只能看到相對應的偏振光圖像，也就產生了立體感。 -
光網絡中的偏振效應:06年11月JLT
本期的JLT是一個關於光網絡中偏振效應的專刊。在這個專刊裡，大多數文章是關於偏振模式色散（PMD）和它的影響的。在高速長距離光通訊網絡裡， PMD主要來自於光纖和其它元件存在的雙折射效應，作為光傳輸網的重要概念之一，是影響脈衝形狀，引起傳輸損傷的關鍵因素。 -
高中物理 | 13.6光的偏振詳解
太陽、電燈等普通光源發出的光，在垂直傳播方向的平面內各個方向振動的光全有，各個振動方向的強度相等。如圖所示，讓太陽光或燈光通過偏振片P，在P的後面再放置另一個偏振片Q，觀察通過兩塊偏振片的透射光，下列判斷中正確的是（）A 當P與Q的透振方向垂直時，透射光的強度幾乎為零B 當P與Q的透振方向平行時，透射光的強度幾乎為零C 若只有偏振片P，轉動P時，透射光的強度會發生變化D 若只有偏振片P，轉動P時，透射光的強度不會發生變化 -
《少女前線》偏振光4-3關怎麼打 偏振光4-3關通關技巧教學
導 讀 少女前線偏振光4-3怎麼打？ -
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