偏振是光能如何傳播的一種特性。在偏振中，光的狀態會反復改變；事實上，每當光被反射或通過某物時，其偏振狀態會發生改變。

在機器視覺領域眾所周知的是，可以使用偏振技術來濾除發光表面的眩光。其實除了這項應用外，還有很多其他應用也是偏振技術能夠勝任的。

炫光和反射             

圖(tu)1顯示了偏振鏡(jing)的一種典(dian)型(xing)應用，其使用了一個偏振光源和(he)放置在相(xiang)機前面的另一個偏振鏡(jing)。

圖1：偏振(zhen)鏡的典型應用，使用一個偏振(zhen)光源(yuan)和(he)放置(zhi)在(zai)相(xiang)機前面的另一個偏振(zhen)鏡

任(ren)何鏡面(mian)反射(she)，如藥(yao)片(pian)氣罩包(bao)上的(de)炫光（見(jian)圖2）都可以通過偏振鏡減少或消除，從而能更好地看到下面(mian)的(de)藥(yao)片(pian)。當然，對氣罩包(bao)表面(mian)進行清晰成像（減少鏡面(mian)反射(she)或類(lei)鏡面(mian)反射(she)）這(zhe)類(lei)應(ying)用，并(bing)不是偏振技術的(de)唯一應(ying)用。

圖(tu)(tu)2：使用圖(tu)(tu)1中(zhong)的(de)(de)偏(pian)振鏡設置，可以減少或(huo)消除鏡面(mian)反射，比(bi)如(ru)消除圖(tu)(tu)中(zhong)所(suo)示(shi)的(de)(de)藥片氣罩包上的(de)(de)炫(xuan)光(guang)，從而能更容(rong)易地看到下面(mian)的(de)(de)藥片

圖(tu)3顯示了(le)一個圓罐(guan)上的條(tiao)碼，圓罐(guan)的光亮表面(mian)使條(tiao)碼下的字(zi)母數字(zi)無法讀取(qu)。使用正交偏振鏡后，能(neng)很容(rong)易地(di)讀取(qu)這些(xie)字(zi)母數字(zi)，并且不(bu)會使圖(tu)像的其余部分(fen)變暗。

圖3：圓(yuan)罐子上的條碼圖像。左側(ce)圖像中，條碼下的打印號碼不可(ke)讀；右側(ce)圖像中，使用正(zheng)交偏振鏡后，打印號碼清(qing)晰可(ke)見

光的偏振度可以根據零件(jian)表面材料和(he)入射角(jiao)變化(hua)，以適(shi)應(ying)(ying)不(bu)同的應(ying)(ying)用。例如(ru)(ru)(ru)，圖(tu)4顯示了以直角(jiao)照射由兩個(ge)閃光金屬表面形成的角(jiao)反(fan)(fan)射器的光。如(ru)(ru)(ru)圖(tu)所示，光線(xian)的二次反(fan)(fan)射引起(qi)圖(tu)像旋(xuan)轉。如(ru)(ru)(ru)果入射光在(zai)-45°處偏振，則反(fan)(fan)射后(hou)，光在(zai)+45°處偏振。為了抑制鏡面反(fan)(fan)射，第二個(ge)偏振鏡需要與第一個(ge)平行。示例中的漫射光變為去偏振，因此可見。

圖4：閃(shan)光零(ling)件上的二次反射（a）。平(ping)行偏振光圖像(xiang)抑制額(e)外反射（b）

薄涂層、厚度變化、應變效應   ;          

圖5顯(xian)示了金(jin)屬(shu)表面(mian)上的(de)(de)一條透明膠帶。左圖顯(xian)示的(de)(de)是低對比度的(de)(de)可見膠帶，右圖顯(xian)示的(de)(de)是通過偏振使膠帶更加突出(chu)。

圖5：使用(yong)偏振光突出金屬表面的(de)膠帶

偏振(zhen)技(ji)術也可以(yi)使(shi)邊緣更加突出，如(ru)圖6所示。左圖中，幾乎看不到透(tou)明(ming)(ming)塑(su)料尺上的(de)一條透(tou)明(ming)(ming)膠帶的(de)邊緣在哪里。右圖中，使(shi)用不同的(de)偏振(zhen)后，透(tou)明(ming)(ming)膠帶的(de)邊緣明(ming)(ming)顯可見(jian)。

圖6：左圖中(zhong)，位于透明(ming)塑料尺上的(de)透明(ming)膠(jiao)帶的(de)邊緣(yuan)幾乎不可(ke)見(jian)；右(you)圖中(zhong)，由于邊緣(yuan)反(fan)射的(de)漫射性質，偏(pian)振(zhen)能使透明(ming)膠(jiao)帶的(de)邊緣(yuan)格外突(tu)出

塑料零件(jian)（如圖(tu)7中的蓋子）通(tong)常(chang)包含可以(yi)通(tong)過偏振顯示(shi)的應(ying)力，這有(you)助(zhu)于識(shi)別(bie)容器的潛在破裂。

圖7：偏振(zhen)光使(shi)塑料蓋中的應(ying)力線突顯

偏振(zhen)效果也隨著(zhu)塑料(liao)上涂(tu)層或厚(hou)度(du)的(de)變(bian)化(hua)而變(bian)化(hua)（見(jian)圖(tu)8）。在(zai)圖(tu)8中，左圖(tu)中尺(chi)子厚(hou)度(du)的(de)變(bian)化(hua)并(bing)不(bu)明顯；但(dan)在(zai)右圖(tu)中，只(zhi)要偏振(zhen)發生(sheng)變(bian)化(hua)，應力(li)線就會突(tu)然變(bian)化(hua)，表明尺(chi)子的(de)機械完整性發生(sheng)變(bian)化(hua)，或是(shi)在(zai)這種情況(kuang)下(xia)，塑料(liao)的(de)厚(hou)度(du)發生(sheng)了變(bian)化(hua)。

圖8：左圖顯(xian)示了(le)塑料(liao)尺中間的(de)(de)一條應力(li)線(xian)(xian)；右圖顯(xian)示使用不同的(de)(de)偏振光后，由(you)于厚度的(de)(de)變(bian)化(hua)，該應力(li)線(xian)(xian)突然停止

坡度(du)變化

也(ye)許(xu)鮮為人知的(de)(de)是，偏(pian)振(zhen)還可以幫助確定一個表面的(de)(de)坡度(du)和(he)(he)傾斜度(du)。使用(yong)偏(pian)振(zhen)技(ji)術突出顯示坡度(du)需(xu)要(yao)圖(tu)1所示的(de)(de)設置(zhi)，設置(zhi)中(zhong)的(de)(de)最大(da)區別是：當使用(yong)正交(jiao)偏(pian)振(zhen)鏡(jing)(jing)(jing)阻擋(dang)簡單的(de)(de)鏡(jing)(jing)(jing)面反(fan)光(guang)時，最好保(bao)持偏(pian)振(zhen)光(guang)源(yuan)和(he)(he)相機（鏡(jing)(jing)(jing)頭上(shang)(shang)裝有偏(pian)振(zhen)鏡(jing)(jing)(jing)）彼此靠(kao)近(jin)(jin)，并且接近(jin)(jin)零件表面的(de)(de)法線。通(tong)過(guo)讓(rang)光(guang)源(yuan)和(he)(he)觀察點靠(kao)近(jin)(jin)，光(guang)的(de)(de)偏(pian)振(zhen)相對(dui)反(fan)射(she)(she)的(de)(de)變化相對(dui)較小(xiao)，因此相機上(shang)(shang)的(de)(de)偏(pian)振(zhen)鏡(jing)(jing)(jing)（分析器）可以通(tong)過(guo)與照明(ming)偏(pian)振(zhen)鏡(jing)(jing)(jing)正交(jiao)來最有效地抑制影響成像效果的(de)(de)光(guang)。這種(zhong)方法能有效地阻擋(dang)偏(pian)振(zhen)的(de)(de)鏡(jing)(jing)(jing)面反(fan)射(she)(she)光(guang)，并讓(rang)漫(man)射(she)(she)非(fei)偏(pian)振(zhen)光(guang)通(tong)過(guo)。

為了用偏振(zhen)技術來(lai)突出斜(xie)面上的特征，從斜(xie)面表面反射的光(guang)必須在檢測(ce)區域(yu)偏振(zhen)。要做到這一點，需(xu)要明場照(zhao)明來(lai)照(zhao)亮(liang)整個表面。

圖9：用一(yi)個(ge)較寬的(de)漫射(she)光源照亮(liang)圖3中圓(yuan)罐(guan)上的(de)條碼(ma)，在(zai)條形碼(ma)上提(ti)供均勻明亮(liang)的(de)反射(she)

在圖9給出(chu)的(de)(de)(de)案例中(zhong)，使用(yong)一個(ge)較寬(kuan)的(de)(de)(de)漫射(she)光(guang)(guang)源(yuan)照亮了圖3中(zhong)圓罐(guan)上(shang)的(de)(de)(de)條(tiao)碼，并沒(mei)有(you)(you)使用(yong)偏振光(guang)(guang)源(yuan)。這種明場照明方法(fa)(fa)通常用(yong)于有(you)(you)光(guang)(guang)澤(ze)的(de)(de)(de)表(biao)面，目的(de)(de)(de)是(shi)提(ti)供(gong)一個(ge)明亮的(de)(de)(de)照明表(biao)面，用(yong)于查找缺陷、打(da)印或(huo)其他表(biao)面特(te)征；當有(you)(you)光(guang)(guang)澤(ze)的(de)(de)(de)表(biao)面具有(you)(you)很多形狀(zhuang)時(shi)（會(hui)導致(zhi)很多亮區域和暗區域），這是(shi)一種常用(yong)的(de)(de)(de)方法(fa)(fa)。沒(mei)有(you)(you)有(you)(you)光(guang)(guang)澤(ze)的(de)(de)(de)表(biao)面，反(fan)射(she)光(guang)(guang)將無法(fa)(fa)保持偏振，也無法(fa)(fa)用(yong)于觀察坡度的(de)(de)(de)變化。

常見的(de)亮(liang)場照(zhao)明工(gong)具(ju)包括(kuo)漫射光(guang)源(yuan)（如燈箱）、相機前面的(de)同軸漫射光(guang)源(yuan)、漫射環形光(guang)源(yuan)或光(guang)帳篷(peng)（有(you)時稱為陰天照(zhao)明器）。   

圖10中顯示了使(shi)用燈箱照明(ming)的(de)亮(liang)場照明(ming)圖。光(guang)(guang)照方(fang)(fang)向(xiang)（燈箱）和分(fen)析(xi)儀(yi)方(fang)(fang)向(xiang)（相機）之間的(de)角度差越大，光(guang)(guang)的(de)偏振狀態(tai)相對于(yu)反射的(de)變化(hua)就(jiu)越大——這是(shi)橢球儀(yi)等先進儀(yi)器用于(yu)分(fen)析(xi)薄膜涂層(ceng)的(de)一種技術。

圖10：使用亮場配(pei)置完(wan)全照(zhao)亮裸金屬(shu)表面，反(fan)射光的偏振度隨表面坡度的變化(hua)而變化(hua)

大角度(du)反(fan)射與(yu)圖4中(zhong)的二(er)次反(fan)射不同，其(qi)中(zhong)偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)旋轉90°并保持線(xian)偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)，這(zhe)是因為(wei)后向反(fan)射充當(dang)法向入射反(fan)射。圖10表示單一(yi)反(fan)射，光源和(he)相(xiang)機相(xiang)對于(yu)零件的位置，應(ying)該使整個表面看起來明亮。初(chu)始線(xian)偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)光變為(wei)橢圓偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)光，偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)隨光入射和(he)出射入射平面的角度(du)而(er)變化。通過旋轉相(xiang)機前面的偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)鏡，可以看到(dao)這(zhe)種偏(pian)(pian)振(zhen)(zhen)的變化。

圖11：從左(zuo)到(dao)右，依次(ci)是從平行(xing)偏振(zhen)到(dao)正交(jiao)偏振(zhen)，偏振(zhen)角的變(bian)(bian)化(hua)突出(chu)了坡度(du)的變(bian)(bian)化(hua)，照明(ming)角度(du)沒(mei)有變(bian)(bian)化(hua)

圖(tu)11顯(xian)示(shi)了(le)在(zai)一個略微彎曲的裸金屬板(ban)零件(jian)上，觀察到(dao)的光(guang)的幾(ji)種不同(tong)偏振狀態。左起第(di)(di)一張(zhang)圖(tu)：可以看(kan)到(dao)整個零件(jian)的光(guang)照水平幾(ji)乎沒有變(bian)(bian)化；第(di)(di)二張(zhang)圖(tu)：將相機上看(kan)到(dao)的偏振改變(bian)(bian)約(yue)45°，圖(tu)像從(cong)頂(ding)部到(dao)底部都發生變(bian)(bian)化，但從(cong)頂(ding)部到(dao)中間的變(bian)(bian)化不大；第(di)(di)三張(zhang)圖(tu)：進(jin)一步改變(bian)(bian)在(zai)相機中看(kan)到(dao)的偏振，顯(xian)示(shi)出(chu)中間部分有一個非常明(ming)(ming)顯(xian)的斜坡；第(di)(di)四張(zhang)圖(tu)：將零件(jian)反轉(zhuan)，圖(tu)像中的明(ming)(ming)暗(an)也跟著反轉(zhuan)，因為(wei)坡度是(shi)反向的。在(zai)這(zhe)些圖(tu)像中，除了(le)相機看(kan)到(dao)的偏振變(bian)(bian)化外，沒有其他變(bian)(bian)化。  

總結

偏振為機器視覺照明系統提供了額外的、有時甚至是獨特的能力。與任何照明一樣，偏振并不能解決所有問題，但是對于多次反射、鏡面反射、薄涂層或厚度變化、應變效應或是很難察覺細微坡度變化等應用，偏振可以說是機器視覺照明工具箱中的一件利器。