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在機(jī)器視覺中如何使用偏振片

2022/09/02

在工廠車間中，高質(zhì)量視覺照明存在的一個(gè)常見問(wèn)題就是眩光，它通常來(lái)自物料本身，或工廠照明吊燈或其他照明產(chǎn)品。我們將專注于減少視覺照明中的眩光，特別是來(lái)自物料的曲面、鏡面的眩光，這是偏振最常見的應(yīng)用。
在過(guò)去，解決這個(gè)問(wèn)題的方法是使用一組偏振片：一個(gè)偏振片是起偏，連接在光源上，另一個(gè)偏振片是檢偏，連接在鏡頭上(如圖1)。通常情況下，檢偏器會(huì)相對(duì)于偏振片旋轉(zhuǎn)，使得強(qiáng)光產(chǎn)生的光被阻止進(jìn)入相機(jī)鏡頭。
這種解決方案可能有效；然而也有局限性。要記住當(dāng)旋轉(zhuǎn)2個(gè)疊加的偏振片其中的1個(gè)時(shí)，每旋轉(zhuǎn)90°(360°等于1次旋轉(zhuǎn))，光透射就會(huì)在最大值和最小值之間變化。在透射率極小時(shí)，接近完全消光，幾乎沒有光，如果有光線通過(guò)< 3%，如圖2a中心區(qū)域所示，它將不適合視覺檢查。即使在透射率最大時(shí)，我們最多只能看到部分透射光(30%）如圖2b中心區(qū)域所示，因此這種技術(shù)變得不那么有效，有時(shí)甚至在眩光透射率最大時(shí)也會(huì)被阻擋，而這取決于可用的光的強(qiáng)度。值得注意的是，即便使用單一偏振片，光透射率也會(huì)下降到總體的40%。

在這種情況下，有一個(gè)更好的解決方案：改變物料&光源&相機(jī)之間的三維空間關(guān)系。在這個(gè)案例中，我們研究了使用標(biāo)準(zhǔn)偏振片與改變照明幾何形狀的辦法作為比較，從而獲得理想的圖像。物料是一個(gè)造型啫喱瓶；它是透明的塑料，具有反射性和彎曲性，根據(jù)照明類型和使用光源形狀的不同，也同樣會(huì)產(chǎn)生一系列的反射眩光。
我們使用標(biāo)準(zhǔn)的同軸環(huán)形光源（如圖3a），相機(jī)的方向垂直于標(biāo)簽表面,結(jié)果如下：不使用偏振片(如圖3b)，這是許多視覺系統(tǒng)的典型特征。正如預(yù)期的那樣，顯示出相當(dāng)大的眩光。圖3c則是使用交叉偏振片呈現(xiàn)出的圖像，這種圖像也許是可以接受的，但嚴(yán)格來(lái)講，也可能是不可接受的，這取決于所需的檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槲覀內(nèi)匀豢梢栽趫D像中心看到一些殘余的強(qiáng)光。還需要注意的是，我們必須將鏡頭光圈調(diào)大2檔才能獲得幾乎相同的照度。
如果我們?cè)谄叫杏谄孔又鞴廨S的方向，通過(guò)移動(dòng)環(huán)光相對(duì)于相機(jī)和鏡頭的軸距來(lái)改變照明，將生成如圖3d所示的圖像，它沒有任何眩光殘留影響成像。

離軸環(huán)光是一個(gè)可以接受的解決方案，只要光可以相當(dāng)接近頭頂，但它必須指向平行于瓶長(zhǎng)軸的情況。但如果由于某種限制，我們不能以這種方式進(jìn)行打光，是否有其他的幾何解決方案可用?我們使用條形光源，如圖4a所示。條光在縱向(圖4b)和橫向(圖4c)兩個(gè)方向進(jìn)行研究，并確定橫向條光方向和離軸環(huán)光一樣有效。
條光模式具有什么優(yōu)勢(shì)？它可以從更遠(yuǎn)的地方安裝，并且與水平方向成較低的角度，從而使得附近的頭頂區(qū)域更加開闊，這也是和環(huán)光的區(qū)別所在。

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