偏振對圖像處理的重要性

通過對偏振光的了解，在工業(yè)圖像處理中可以減少反射和高光，或增加精細結(jié)構(gòu)的對比度，甚至連作用于表面以下的材料張力等物理特性也可以可視化。

為了確定偏振信息，到現(xiàn)在為止，4個不同方向的偏振濾光片的連續(xù)圖像和后續(xù)的PC處理是必要的。有了索尼的Polarsens技術(shù)，只需一次取像即可。額外的數(shù)據(jù)預(yù)處理將來自虹科偏振相機的原始數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)換為有用的圖像格式，以便在主機中進行更有效的進一步處理或評估。

偏光

迄今為止，在圖像處理中主要采用特殊照明、濾光鏡和光學(xué)配件的另一個特點是波的偏振。偏振并不是描述光束本身的方向，而是描述光粒子（光子）與傳播方向垂直擺動的波幅方向，非極化光波在不同的方向上振蕩。白熾燈或太陽光就是例子。 如果光子只向一個方向運動，就是線性偏振光。特殊的偏光片可以吸收或減弱在所有平面（即其偏光軸）上振蕩的入射光，從而形成近乎線性的偏光。

反射與極化有什么關(guān)系？

在高度反射的表面，如玻璃、光線可以被偏轉(zhuǎn)。根據(jù)物體的觀察角度，可能會在觀察者的方向發(fā)生不必要的反射。下面以汽車為例，說明汽車車窗是如何因這種光線反射而變得不透明的。室內(nèi)的物體或人就這樣幾乎無法辨認--變得幾乎 "看不見"。 如果光的反射發(fā)生在非金屬表面（如這里的玻璃），物理過程會導(dǎo)致光的自然偏振。這意味著可以通過使用適當(dāng)?shù)钠駷V光片來減少這種特殊的偏振光成分，從而減少眩光效應(yīng)，未極化的部分光仍然可以通過濾鏡。

擋風(fēng)玻璃上的光反射可以通過偏振濾鏡來消除

僅靠偏振濾鏡是無法消除金屬表面的反光的！在金屬表面上，光沒有偏振，只是反射。因此，盡管有偏振相機，但根據(jù)應(yīng)用情況，絕對有必要在照明上安裝一個額外的偏振濾光片，以抑制干擾光的反射。

偏振對圖像處理的重要性

對于光的純感知或數(shù)字化，無論是偏振光還是非偏振光，都沒有技術(shù)上的區(qū)別。在數(shù)字圖像處理中，主要是對場景進行照明，使某些特征可見。但在與光的關(guān)系上，人們總是要與干擾性的反射和褪色作斗爭，這往往使重要的特征沒有被發(fā)現(xiàn)。 如果鏡像抹去了信息，例如，因為汽車司機的臉被擋風(fēng)玻璃上的反光所遮擋，在圖像采集后，用任何圖像處理技術(shù)都無法恢復(fù)。特別是在工業(yè)圖像處理中，為了盡可能地減少干擾影響，常采用漫射散射光。然而，根據(jù)不同的應(yīng)用，最佳照明可能非常昂貴。 可以通過有針對性地過濾干擾影響，讓本質(zhì)變得明顯。關(guān)于偏振光的知識，它是如何產(chǎn)生的，如何影響它，提供了解決的方法。偏振濾鏡在圖像處理中用于減少反射或高光，但也用于增加對比度。它們在應(yīng)力分析中也很有用，可以將表面以下的物理特性可視化。

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偏振極化優(yōu)勢：
由于光不僅具有表面偏振性，還具有機械應(yīng)力或光折射等其他物理特性，因此可以使普通圖像傳感器無法檢測到的物體特征和缺陷變得可見。

巨細無遺

通過更多的光照或消除干擾影響，想看到的材料缺陷或物體特征不一定就能夠被看清。在下面的圖片示例中，只覺得對我們來說重要的影像內(nèi)容彰顯得清楚，或者說它們的光照強度增加了。不盡然光線是由污漬和劃痕的反射而產(chǎn)生的偏光。

利用極化程度，在玻璃檢測過程中污漬和劃痕變得明顯在這里，只有通過可視化的 "偏振程度 "才能非常清晰地看到指紋和劃痕，偏振光線比非偏振光線更加清晰可見。但普通的相機傳感器并不能記錄光的偏振情況。這意味著信息在采集過程中會丟失。要計算這樣的圖像，就必須用數(shù)字來捕捉這個場景的光的偏振。這樣就可以對已經(jīng)數(shù)字化的圖像進行后續(xù)處理，或者看到 "看不見 "的特征。比如索尼的Polarsens技術(shù)，這種偏振的量化就非常容易實現(xiàn)。這意味著，如果使用虹科GV-5080CP-P（GigEVision）或U3-3080CP-P（USB3 Vision）等相機，其中包括索尼IMX250MZR單聲道Polarsens傳感器，可以在一張圖像中捕獲偏振信息。 采用索尼IMX250MZR單偏振傳感器的虹科偏振相機有GigE Vision和USB3 Vision兩種版本。 一張圖像就足以將極化信息與圖像內(nèi)容一起采集。無需偏振光源或偏振濾鏡等特殊配件。這得益于索尼傳感器的創(chuàng)新設(shè)計。

位于光電二極管和微透鏡之間的 "四向偏振器"，通過線性偏振濾光片的原理，在一幅圖像中生成四個偏振方向（0°、45°、90°或135°）的傳感器原始圖像。對偏振濾光片的每個角度測量不同的強度。2x2簇中的四個相鄰像素與其四個不同的偏振濾光片構(gòu)成一個 "計算單元"。 這樣一來，傳感器真正的500萬像素被分成了4個較小的圖像，每個圖像為一個偏振角度，但它們的圖像內(nèi)容反映的是同一個時刻。

攝像機上的偏振

攝像機中偏振信息的成分選擇和數(shù)據(jù)預(yù)處理 從相機固件2.4版本開始，虹科uEye CP偏振相機能夠通過像素預(yù)處理，利用 "四向偏振器"的原始圖像數(shù)據(jù)，獨立確定單次圖像采集的偏振光方向和程度。這使得新的圖像信息可以通過偏振數(shù)據(jù)計算和可視化，例如，使對比度可見。 通過預(yù)定義的、可選擇的圖像組件，用戶可以，例如，直接從傳感器的原始數(shù)據(jù)中過濾掉干擾性的光線反射，或者在圖像傳輸?shù)絇C之前，就使反射物體的特征在幾乎完全黑暗的環(huán)境中可見——只需點擊一下。

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"相機數(shù)據(jù)預(yù)處理"優(yōu)勢：

-簡單：簡化了圖像處理工程師的工作，他們已經(jīng)從相機中接收到了進一步處理的最佳數(shù)據(jù)。
-高效：節(jié)省PC資源。攝像機和PC有效地共享工作。
-符合視覺要求：來自攝像機的結(jié)果數(shù)據(jù)可用于任何標(biāo)準(zhǔn)視覺應(yīng)用程序，而無需額外或特殊軟件。

總結(jié)

偏振是光的一種屬性，可以識別人眼看不到的物體屬性，也是 "正常 "的圖像傳感器。這使得它在反射或半透明表面的應(yīng)用中成為數(shù)字圖像處理的重要工具。通過SONY IMX250MZR傳感器和機載像素預(yù)處理，虹科偏振相機能夠通過一次圖像采集確定圖像場景的所有必要的偏振信息，并將這些信息以不同的像素格式提供給上位機作進一步處理或直接評估。 FPGA加速算法使相機不僅僅是提供傳感器數(shù)據(jù)。實時，它們已經(jīng)提供了有意義的評估，可以通過GigE或USB3視覺接口被任何符合GenICam的應(yīng)用進一步使用。因此，虹科偏振相機成為圖像處理的一部分，減少了主機的計算負荷。

審核編輯 ：李倩