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在機器視覺中如何使用偏振片
閱讀：72 發(fā)布時間：2022-11-27
在工廠車間中，高質(zhì)量視覺照明存在的一個常見問題就是眩光，它通常來自物料本身，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，特別是來自物料的曲面、鏡面的眩光，這是偏振見的應用。
在過去，解決這個問題的方法是使用一組偏振片：一個偏振片是起偏，連接在光源上，另一個偏振片是檢偏，連接在鏡頭上(如圖1)。通常情況下，檢偏器會相對于偏振片旋轉(zhuǎn)，使得強光產(chǎn)生的光被阻止進入相機鏡頭。
這種解決方案可能有效；然而也有局限性。要記住當旋轉(zhuǎn)2個疊加的偏振片其中的1個時，每旋轉(zhuǎn)90°(360°等于1次旋轉(zhuǎn))，光透射就會在值和最小值之間變化。在透射率極小時，接近消光，幾乎沒有光，如果有光線通過< 3%，如圖2a中心區(qū)域所示，它將不適合視覺檢查。即使在透射率時，我們最多只能看到部分透射光(30%）如圖2b中心區(qū)域所示，因此這種技術變得不那么有效，有時甚至在眩光透射率時也會被阻擋，而這取決于可用的光的強度。值得注意的是，即便使用單一偏振片，光透射率也會下降到總體的40%。
在這種情況下，有一個更好的解決方案：改變物料&光源&相機之間的三維空間關系。在這個案例中，我們研究了使用標準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，也同樣會產(chǎn)生一系列的反射眩光。
我們使用標準的同軸環(huán)形光源（如圖3a），相機的方向垂直于標簽表面,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。正如預期的那樣，顯示出相當大的眩光。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，但嚴格來講，也可能是不可接受的，這取決于所需的檢測的標準，因為我們?nèi)匀豢梢栽趫D像中心看到一些殘余的強光。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。
如果我們在平行于瓶子主光軸的方向，通過移動環(huán)光相對于相機和鏡頭的軸距來改變照明，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)光是一個可以接受的解決方案，只要光可以相當接近頭頂，但它必須指向平行于瓶長軸的情況。但如果由于某種限制，我們不能以這種方式進行打光，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)兩個方向進行研究，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？它可以從更遠的地方安裝，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。
在過去，解決這個問題的方法是使用一組偏振片：一個偏振片是起偏，連接在光源上，另一個偏振片是檢偏，連接在鏡頭上(如圖1)。通常情況下，檢偏器會相對于偏振片旋轉(zhuǎn)，使得強光產(chǎn)生的光被阻止進入相機鏡頭。
這種解決方案可能有效；然而也有局限性。要記住當旋轉(zhuǎn)2個疊加的偏振片其中的1個時，每旋轉(zhuǎn)90°(360°等于1次旋轉(zhuǎn))，光透射就會在值和最小值之間變化。在透射率極小時，接近消光，幾乎沒有光，如果有光線通過< 3%，如圖2a中心區(qū)域所示，它將不適合視覺檢查。即使在透射率時，我們最多只能看到部分透射光(30%）如圖2b中心區(qū)域所示，因此這種技術變得不那么有效，有時甚至在眩光透射率時也會被阻擋，而這取決于可用的光的強度。值得注意的是，即便使用單一偏振片，光透射率也會下降到總體的40%。
我們使用標準的同軸環(huán)形光源（如圖3a），相機的方向垂直于標簽表面,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。正如預期的那樣，顯示出相當大的眩光。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，但嚴格來講，也可能是不可接受的，這取決于所需的檢測的標準，因為我們?nèi)匀豢梢栽趫D像中心看到一些殘余的強光。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。
如果我們在平行于瓶子主光軸的方向，通過移動環(huán)光相對于相機和鏡頭的軸距來改變照明，將生成如圖3d所示的圖像，它沒有任何眩光殘留影響成像。
條光模式具有什么優(yōu)勢？它可以從更遠的地方安裝，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。