偏振光与偏振传感器

光做为一种电磁波具有振幅、波长、振动方向等特性，一般自然光源(阳光或日光灯)所照射/反射出的振动波不具特定方向。如果振动波只发生在一个平面，电磁场振动方向为一个固定方向，便产生偏振现象，此种光称为偏振光，此时光的振动方向为偏振方向。Sony Polarsens图像传感器将偏振片功能结合于芯片上，提供四个不同方向的偏振角度，用户可依据需求，针对各定的角度进行图像处理演算，获取所需的影像数据。

 图1：Sony 偏振图像传感器结构图。

 

图2：自然光照下的透明物体产生的影像数据通常极为有限。

 

偏振的检测应用

　　在许多检测环境中，振动波四散的自然光源容易造成某些物质产生眩光，如玻璃、水、塑料等，因此无法清楚看见被检测物，从而降低检测准确率或检测效率。利用偏振滤镜，可以有效发挥光的偏振特性，过滤四散的光源，让光维持在同一方向振动；如此一来，能减少不必要的眩光，增加对比度，进而可以清楚地辨识所拍摄的物体，并呈现其真实原貌。通过提取及分析偏振度影像数据(DoLP)，也能轻易识别出物体表面的相关缺陷，使整个检测过程更加顺利及完整。

 

　　应力为某些特定物质设计及制程的重要参考之一，如塑料或玻璃制品，应力分布的程度关系着物体是否容易变形或碎裂。一般工业相机，在自然光照射下，无法呈现物体的应力分布。映美精相机搭载Sony Polarsens 传感器，经过不同偏振方向的计算，可以通过影像数据及HSV(色相、饱和度、明度)色彩映射，呈现塑料的残余应力(不同角度可在屏幕上显现不同颜色，以区分物质的应力分布)(AoLP)。除此之外，明显的颜色区分也能轻易显现物体的表面刮痕，使瑕疵检测更为精准。

图3：映美精 DZK 33UX250相机呈现的影像 (采用Polarsens感光组件)。左：以AoLP(线性偏振角)影像数据及HSV(色相、饱和度、明度)色彩映射呈现塑料的残余应力。右：以DoLP (线性偏振度)影像数据来为瑕疵及存在检测减少眩光及增加对比度。

图4：自然光照下黑色花岗金字塔整体呈现低劣的对比度(左图)。DoLP(线性偏振度)影像数据增加对比度(中图)；AoLP(线性偏振角)影像数据及HSV(色相、饱和度、明度)色彩映射(右图)增加影像数据，可进行有效区隔(图像源自DZK33UX250)。

图5：片上的四向偏振：用户可以隔离特定通道以进行其他图像处理。

 

偏振影像数据简化区隔分割

　　眩光及反光在图像处理过程中是很常见的问题，以药片泡罩壳为例，泡罩壳塑料容易产生反光。在输送带检测过程中，传统黑白工业相机拍摄出的照片容易呈现一片反白或对比度低劣现象，计算机辨别过程变得困难，外加人力又显得耗时低效率。而通过偏振相机，以线性偏振度(DoLP)进行偏振图像处理，能增加图像的对比度，使图像区隔更有效率。

图6：黑白相机拍摄的泡罩壳包装药片的低对比度图像。

　　从黑白相机中撷取标准影像。泡壳包装药片显现低对比，在检测任务中呈现较低劣的影像质量。偏振影像数据能够简易地整合进影像处理软件中，让这些特性能轻松用于图像处理应用中，如完整性检查、表面检测等。

图7：采用Sony Polarsens图像传感器的工业相机和HALCON 图像处理，检测结果正确呈现出遗失了八颗药片。

图8：采用Sony Polarsens图像传感器的工业相机和HALCON 图像处理，检测结果显示此项产品的完整性。

 

未来趋势

　　偏振技术在工业领域的应用仍属于开创阶段，但是随着时代的进步，自动化制程日趋成熟，越来越多的工厂或工业生产场合要求更高制造效率。机器视觉系统需要与时俱进，不断融入及开发创新技术。映美精相机秉持多年传统，坚持打造高效、精实并兼容时代尖端技术的产品，期望能帮助用户提高工作效率。