偏振鏡在機器視覺中的應(yīng)用

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1、深圳稻草人自動化培訓www.dcrauto.com偏振鏡在機器視覺中的應(yīng)用在目前的機器視覺應(yīng)用中，有很多檢測物體的表面會發(fā)出雜亂的眩光，這對視覺檢測會產(chǎn)生非常嚴重的影響。為了減弱或者消除雜散光、眩光等干擾，在很多應(yīng)用場合，我們在鏡頭前面需要搭配偏振鏡來使用。?我們簡單的看兩幅效果圖，以下圖片是在同樣的時間，同樣的相機參數(shù)情況下拍攝的。不同點就在于一個沒有使用偏振鏡，下面的圖片拍攝時采用了高質(zhì)量德國schneider的偏振鏡片。效果之區(qū)別一目了然。深圳稻草人自動化培訓www.dcrauto.com下面，我們就簡單的介紹一下偏振鏡的光學原理和應(yīng)用。?光是一定波段范圍的電磁波，是由與傳播方向垂直的電

2、場和磁場交替轉(zhuǎn)換的振動形成的。我們的眼睛能夠看到的只是電磁波中的一個很小的波長范圍，即380納米到780納米左右，這個范圍的電磁波稱為可見光。電磁波的振動方向與傳播方向是垂直的，我們稱之為橫波。橫波就必然有一個偏振的問題。由于和光學發(fā)展歷史有關(guān)的原因，人們常把磁矢量的方向叫做偏振方向，并把磁矢量的傳播方向所決定的平面叫做偏振面。?自然光：雖然光從本質(zhì)上來說是偏振的，但是自然界的大多數(shù)情況下，光表現(xiàn)出非偏振的。這是因為我們所看到的自然光（如太陽光，燈光）是由許多光波串組成的。這些光波串中每一串都是偏振的，但是它們的偏振方向是隨機的，不斷變化著的。在我們的觀察時間段里平均后，在任何一個方向上都沒有

3、優(yōu)勢。這就是自然光，也叫非偏振光。?深圳稻草人自動化培訓www.dcrauto.com線偏振光：讓自然光通過一個起偏振器件后，只有一個方向的偏振光能夠通過這個器件，我們就得到了線偏振光。線偏振光的振動方向是確定的。?部分偏振光：如果線偏振光中混有一部分自然光，也就是說，這種光包含著各種方向的偏振光，而在某一方向的上體現(xiàn)出偏振的優(yōu)勢。這就是部分偏振光。?園偏振光：這種光的偏振方向是有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)著的。而光矢量在旋轉(zhuǎn)過程中的強度是保持一定的。也就是光矢量是沿著一個園旋轉(zhuǎn)的。這就是園偏振光。在我們的觀察時間段中平均后，園偏振光看上去是與自然光一樣的。但是園偏振光的偏振方向是按一定規(guī)律變化的，而自然光的

4、偏振方向變化是隨機的，沒有規(guī)律的。?橢園偏振光：這種光的偏振方向也是在規(guī)律的旋轉(zhuǎn)著的，但是它的光矢量在旋轉(zhuǎn)過程中強度也在變化。也就是光矢量是沿著一個橢園旋轉(zhuǎn)的。橢園偏振光在觀察時間段里平均后的結(jié)果與部分偏振光相似。但是與部分偏振光不同，它的偏振方向以及光矢量的大小是按一定規(guī)律變化的。用偏振濾鏡可以消除水面、玻璃面和其他非金屬表面反射光，這是因為在這些介面上反射光的偏振狀態(tài)發(fā)生了變化。?我們大家都知道，光在不同折射率的介質(zhì)的界面上會發(fā)生反射和折射。入射角與反射角、折射角的關(guān)系分別服從反射定律和折射定律。在非金屬的界面上，當入射光線與折射光線成直角時，反射光線將是線偏振光，這就是有名的布儒斯特原理

5、。此時的入射角就稱為布儒斯特角。從下圖可以看出，當光線從空氣（介質(zhì)1，嚴格地說應(yīng)該是真空）射入介質(zhì)2時，布儒斯特角的正切值等于介質(zhì)2的折射率n。由于介質(zhì)的折射率是與光波長有關(guān)的，對同樣的介質(zhì)，布儒斯特角的大小也是與光波長有關(guān)的。以光學玻璃折射率1.4-1.9計算，布儒斯特角大約為54-62度左右。當入射角偏離布儒斯特角時，反射光將是部分偏振光。深圳稻草人自動化培訓www.dcrauto.com園偏振鏡是由一塊線偏振鏡和一塊四分之一波片組成的。四分之一波片是用一種各向異性介質(zhì)做成的。光在這種介質(zhì)中傳播時，可以分解為兩種光矢量相互垂直的線偏振光，一種稱為尋常光線（Ordinarylight，O光）

6、，另一種稱為非常光線（Extra-ordinarylight，E光）。這兩種光在介質(zhì)中的傳播速度是不同的。當一束線偏振光以適當?shù)姆较颍雌穹较蚺cO光、E光方向均成45度）射入這種介質(zhì)中時，就能分解成強度相等的O光和E光在介質(zhì)中傳播（如下圖，紅色矢量表示入射偏振光方向，振動著的紅點分別表示O光和E光方向）。由于O光與E光在各向異性介質(zhì)中的傳播速度不同，入射時線偏振光分解成的O光與E光是同相位的。經(jīng)過一段距離的傳播后，O光與E光之間就會產(chǎn)生一定的相位差。深圳稻草人自動化培訓www.dcrauto.com如果各向異性介質(zhì)的厚度正好使O光與E光在射出介質(zhì)時的相位差為90度，即二分之一PI時，兩種光合

7、成時就是一種光矢量（偏振面）沿著園周轉(zhuǎn)動的特殊偏振光。這種偏振面不斷地在轉(zhuǎn)動的偏振光就是園偏振光。（如下圖，紅點表示O光與E光，請注意，此時O光與E光有90度的位相差。紅色箭頭就是轉(zhuǎn)動著的合成光矢量。）但是，如果O光與E光之間的位相差不是90度，則合成的光就會是不同橢園度的橢園偏振光（或者線偏振光）。下圖列出了幾種不同位相差時的情況。我們知道，園周角是360度，相當于一個波長。上述的90度位相差也