偏振光源在机器视觉中的应用

 1、引言

在日常生活中，经常会遇到各种“反光”现象，使得我们在观察事物或摄影时有一定的障碍。比如：观赏水中的动植物时，水面上常常会有一道道光斑影响视线；阳光充足的柏油路面上，时常会有耀眼的强光射入司机的眼睛……相应地，在机器视觉中，我们也会经常遇到类似的情况：由于工件表面上的喷漆、镀膜、玻璃、包装膜或其它反光材质的影响，工业相机无法顺利采集到高质量的图像。因图像的对比度较低或者关键特征无法完整呈现，经常会导致机器视觉系统中误检、误判、精度低、不稳定等现象的发生，甚至是输出错误的数据。然而，这些问题我们是可以利用光的偏振特性得以解决的。

2、偏振光介绍

偏振是指横波的振动矢量（垂直于波的传播方向）偏于某些方向的现象，光的偏振现象是由法国工程师马吕斯于1808年发现的。众所周知，自然光是一种电磁波，属于横波，其在垂直于传播方向的平面内包含着一切可能方向的振动，且平均而言在任一方向上都具有相同的振幅，即振动方向是对称的，如图1所示。然而，当光的振动方向对于传播方向不对称性时，便成了偏振光。偏振现象横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。

偏振光按其性质可分为平面偏振光（或线偏振光），圆偏振光，椭圆偏振光和部分偏正光。例如，自然光在传播过程中经过某种介质（偏振片）后，只有一个固定振动方向的光能够通过这个介质，就得到了线偏振光。线偏振光的振动方向是确定的。

偏振片是用人工方法制成的薄膜，是用特殊方法使选择性吸收很强的微粒晶体在透明胶层中作有规则排列而制成的，它允许透过某一矢量振动方向的光（此方向称为偏振化方向），而吸收与其垂直振动的光，即具有二向色性. 因此自然光通过偏振片后，透射光基本上成为平面偏振光。由于偏振片易于制作，所以它是普遍使用的偏振器。通过调节两个偏振片的相对方向可以过滤掉某些强反光。