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在机器视觉中如何使用偏振片

2022/09/02

在工厂车间中，高质量视觉照明存在的一个常见问题就是眩光，它通常来自物料本身，或工厂照明吊灯或其他照明产品。我们将专注于减少视觉照明中的眩光，特别是来自物料的曲面、镜面的眩光，这是偏振最常见的应用。
在过去，解决这个问题的方法是使用一组偏振片：一个偏振片是起偏，连接在光源上，另一个偏振片是检偏，连接在镜头上(如图1)。通常情况下，检偏器会相对于偏振片旋转，使得强光产生的光被阻止进入相机镜头。
这种解决方案可能有效；然而也有局限性。要记住当旋转2个叠加的偏振片其中的1个时，每旋转90°(360°等于1次旋转)，光透射就会在最大值和最小值之间变化。在透射率极小时，接近完全消光，几乎没有光，如果有光线通过< 3%，如图2a中心区域所示，它将不适合视觉检查。即使在透射率最大时，我们最多只能看到部分透射光(30%）如图2b中心区域所示，因此这种技术变得不那么有效，有时甚至在眩光透射率最大时也会被阻挡，而这取决于可用的光的强度。值得注意的是，即便使用单一偏振片，光透射率也会下降到总体的40%。

在这种情况下，有一个更好的解决方案：改变物料&光源&相机之间的三维空间关系。在这个案例中，我们研究了使用标准偏振片与改变照明几何形状的办法作为比较，从而获得理想的图像。物料是一个造型啫喱瓶；它是透明的塑料，具有反射性和弯曲性，根据照明类型和使用光源形状的不同，也同样会产生一系列的反射眩光。
我们使用标准的同轴环形光源（如图3a），相机的方向垂直于标签表面,结果如下：不使用偏振片(如图3b)，这是许多视觉系统的典型特征。正如预期的那样，显示出相当大的眩光。图3c则是使用交叉偏振片呈现出的图像，这种图像也许是可以接受的，但严格来讲，也可能是不可接受的，这取决于所需的检测的标准，因为我们仍然可以在图像中心看到一些残余的强光。还需要注意的是，我们必须将镜头光圈调大2档才能获得几乎相同的照度。
如果我们在平行于瓶子主光轴的方向，通过移动环光相对于相机和镜头的轴距来改变照明，将生成如图3d所示的图像，它没有任何眩光残留影响成像。

离轴环光是一个可以接受的解决方案，只要光可以相当接近头顶，但它必须指向平行于瓶长轴的情况。但如果由于某种限制，我们不能以这种方式进行打光，是否有其他的几何解决方案可用?我们使用条形光源，如图4a所示。条光在纵向(图4b)和横向(图4c)两个方向进行研究，并确定横向条光方向和离轴环光一样有效。
条光模式具有什么优势？它可以从更远的地方安装，并且与水平方向成较低的角度，从而使得附近的头顶区域更加开阔，这也是和环光的区别所在。

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