偏振光相机3——偏振应用

在之前的2篇中，介绍了偏振光的基本概念和基于SONY最新CMOS偏振传感器芯片的相机。在本篇中，我们来看看偏振相机的一些应用。偏振相机的应用离不开偏振光，那么先看看如何得到偏振光信息。

如何获取偏光

在“偏振光相机2—索尼大法”中，通过采用Stokes参量计算的方式，我们可以得到几个偏振的重要信息：偏振度（DOP）、偏振类型（PTP）和偏振方向（AOP）。利用这些信息，我们可以窥见不一样的世界。而得到DOP、PTP和AOP信息，前提条件是被检测的信息中有偏振信息，然后偏振相机这个检偏设备才能获取对应信息。

自然界中最广泛存在的偏振光是由反射得到的，自然光在两种介质表面产生反射现象，反射光线一般为部分偏振光，当入射光与法线夹角恰好为布鲁斯特角时，反射光线为完全线偏光。

图1 反射方式形成线性偏振光

另外一种获取线偏光的方式是增加外部偏振片。

图2 外部偏振滤镜方式形成偏振光（图片来自Dalsa）

去强反光应用

去除物体表面的强反光是偏振相机的典型应用之一。在工业现场，通常需要对待测物进行打光处理，待测物表面会经常会出现如图3左图的强反光现象，在图像上呈现为过曝现象，影响待测物体的检测识别。偏振相机通过计算数据信息中的偏振分量强度后，从pixel级别上去“减除”偏振信息，最终输出如图3右图中的非过曝光图像。该应用不仅在工业现场有实际需求，在智能交通领域，由于前挡玻璃的强光反射，相机很难看清车内的乘员信息，通过偏振相机内部处理滤除偏振信息后，车内情况清晰的被捕捉到。

图3 工业现场去强反光应用

图4 智能交通去强反光应用（图片来自SONY官网）

检测物体表面缺陷

表面缺陷检测是工业现场常见的检测之一，传统的方式都采用了基于黑白亮度的检测方式，如图5左图，通过图像上的亮度成像差异，来判断手机膜上是否存在划痕。这种检测方式对光源的角度依赖性高，检测一个被测物体，往往需要多角度打光，多次拍摄，现场检测效率不高。图5右图是采用偏振相机输出的DOP信息成像得到的图像，DOP信息相对表面缺陷表现出了非常高的灵敏度，采用DOP信息去检测表面缺陷，可以减少系统复杂度，提高检测效率。

图5 表面缺陷检测（图片来自Lucid）

检测不同材质物体

不同材质的物体，对偏振光的响应（反射强度以及电场方向角度变化）会存在差异，在一些基于灰度或者彩色相机无法区分的场合，偏振相机也许是解决问题的选择。如图6所示，丛林中的一辆车和环境比较相似，采用传统不易区分，而通过偏振相机输出的AOP信息，车辆信息被凸显出来，这在搜救设备上会有很大的意义。

图6 丛林中的车

透明物体内部应力

偏振相机另一个特别的应用是检测透明物体内部应力。被测物内部应力的均匀性，会影响透过被测物的偏振光，通过偏振相机输出的DOP或者AOP信息，可以将内部应力分布可视化。如图7所示，b图是基于亮度相机拍摄图像，a图是偏振相机的AOP信息，清晰的反应了直尺内部应力的分布情况。

图7 直尺内部应力图（图片来自Dalsa）

Imalg观点

偏振相机在早期只出现在实验室设备中，基于SONY最新技术的偏振相机，将这种技术从实验室带到了工业现场。它的应用远远不止前面提到的几种，其它的应用比如导航，水下拍摄，去雾霾拍摄等等。