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[视学课堂] 偏振相机的基本应用场景

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  • 发布时间:2021-08-24 15:51
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【概要描述】工业视觉的相机类型多种多样,我们最常用的是面阵相机与线扫相机,但工业场景中也会有若干偏振相机的应用领域,本篇为大家带来偏振相机应用场景介绍。

[视学课堂] 偏振相机的基本应用场景

【概要描述】工业视觉的相机类型多种多样,我们最常用的是面阵相机与线扫相机,但工业场景中也会有若干偏振相机的应用领域,本篇为大家带来偏振相机应用场景介绍。

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工业视觉的相机类型多种多样,我们最常用的是面阵相机与线扫相机,但工业场景中也会有若干偏振相机的应用领域,本篇为大家带来偏振相机应用场景介绍。
我们知道振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。四个不同角度的偏振片(90°, 45°, 135° 和0°) 分别放置于单个像元上,每四个像元一组作为一个计算单元。


偏振相机通过四向偏振器来捕捉画面物体中的不同程度的极化信息,直接体现在拍摄的画面中,可适用于玻璃检测、应力检测等应用;同时还可以检测玻璃、金属等单色或彩色相机难以检测的反光表面。
偏振光为机器视觉开启了一条新的思路,传统机器视觉无法检测的应力、表面粗糙度、合金成分等应用,而这些都是偏振相机的优势体现,极大地延伸了机器视觉的探测能力。多维的偏振信息可以提供更加多样的检测信息,例如物体的几何外形、材料的种类、反射表面粗糙度等诸多特性。我们常见的偏振相机应用场景有:


1.捕捉单色物体的形貌

在很多情况下,从捕捉的图像获取单色物体的形貌是有困难的,偏振相机却可以轻松获取黑色物体的表面形貌。该原理是因为不同的表面方向,对光线的偏振状态的影响是不同的,从而在偏振相机的图案中反映出来。


普通相机整体图像成黑色,物体的形貌轮廓不能识别,而偏振相机可以清晰的识别出物体的轮廓信息。


2.捕捉单色物体表面的划伤

当光滑的白色物体表面有微小划伤时,普通相机难以清晰的呈现划伤,但在偏振相机下,划伤将会比较明显,这和物体表面的粗糙度有关,物体表面划伤后其表面的粗糙度发生了变化,偏振态会有所不同,偏振相机能清晰呈现物体表面划伤。

3. 捕捉透明物体

很多情况下,透明物体因为其透光率高,普通的亮度图较难捕捉。而偏振相机会因其材质与背景的差异可以很容易的区分开来,其偏振度图像和偏振角图像也能够很容易的同背景区分开。

原图为一透明的玻璃瓶内放一塑料片,在瓶体下面放置一背光源,因其玻璃瓶和塑料片均为透明材质,透光率高,普通相机无法明显地识别瓶内的塑料片,但偏振相机其因材质的不同和透光率的不同,会使偏振态不同,从而很容易的区分开玻璃瓶和塑料片。


原图为透明薄膜上有切割的线条,在背光的情况下,普通相机上不能看清切割的线条,在偏振相机偏振度的模式下能看到清晰的切割线条。在普通相机下,光线均经样品透过进入相机,在图像灰度值上整个图像无差异,区分不开样品上的切割线条;在偏振相机下,切割的线条和样品其他区域的偏振态是存在差异的,在偏振度图像上可以看出切割线条。


4. 不同材质的区分

多维的偏振信息可以提供更加完善的物体表面信息,例如材料种类,偏振相机可以用于区分材料种类。

上图中左边为金属合金,右边为木材,因其材质的不同,其物理属性不同,偏振相机就能很容易的区分不同材质。


5. 物体内部应力检测

物体表面的微小形变或内部材料分布在普通相机下无法观察到,但在偏振相机下可以看到材料内部应力的累计部分与其他区域的不同。


从偏振相机的偏振度图和偏振角图可以很明显的看到尺子内部的应力累计情况。而普通相机完全无法检测到内部应力。

传统图像成像关注于光的振幅信息和光谱信息,从图像的亮度和结合样品的背景颜色、反射率、吸收率、透过率等信息来检测样品,偏振成像在传统成像的基础上不仅关注光的强度信息还加入了偏振的信息,使偏振成像能解决传统成像不能解决的问题,不仅可以检测几何形状和表面,还可以检测常规成像无法检测到的物理性质,它可以用来检测物体内部应力,检查单色物体形貌,捕获透明物体,可以识别不同背景下的目标,以及增强难以区分物体的对比度。做到传统相机不可做到的领域,拓宽工业视觉检测范围。
 

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