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1顯示了偏振鏡的一種典型應用，其使用了一個偏振光源和放置在相機前面的另一個偏振鏡。

圖1：偏振鏡的典型應用，使用一個偏振光源和放置在相機前面的另一個偏振鏡

任何鏡面反射，如藥片氣罩包上的炫光（見圖2）都可以通過偏振鏡減少或消除，從而能更好地看到下面的藥片。當然，對氣罩包表面進行清晰成像（減少鏡面反射或類鏡面反射）這類應用，并不是偏振技術的唯一應用。

圖2：使用圖1中的偏振鏡設置，可以減少或消除鏡面反射，比如消除圖中所示的藥片氣罩包上的炫光，從而能更容易地看到下面的藥片

圖3顯示了一個圓罐上的條碼，圓罐的光亮表面使條碼下的字母數字無法讀取。使用正交偏振鏡后，能很容易地讀取這些字母數字，并且不會使圖像的其余部分變暗。

圖3：圓罐子上的條碼圖像。左側圖像中，條碼下的打印號碼不可讀；右側圖像中，使用正交偏振鏡后，打印號碼清晰可見

光的偏振度可以根據零件表面材料和入射角變化，以適應不同的應用。例如，圖4顯示了以直角照射由兩個閃光金屬表面形成的角反射器的光。如圖所示，光線的二次反射引起圖像旋轉。如果入射光在-45°處偏振，則反射后，光在+45°處偏振。為了抑制鏡面反射，第二個偏振鏡需要與第一個平行。示例中的漫射光變為去偏振，因此可見。

圖4：閃光零件上的二次反射（a）。平行偏振光圖像抑制額外反射（b）

薄涂層、厚度變化、應變效應             

圖5顯示了金屬表面上的一條透明膠帶。左圖顯示的是低對比度的可見膠帶，右圖顯示的是通過偏振使膠帶更加突出。

圖5：使用偏振光突出金屬表面的膠帶

偏振技術也可以使邊緣更加突出，如圖6所示。左圖中，幾乎看不到透明塑料尺上的一條透明膠帶的邊緣在哪里。右圖中，使用不同的偏振后，透明膠帶的邊緣明顯可見。

圖6：左圖中，位于透明塑料尺上的透明膠帶的邊緣幾乎不可見；右圖中，由于邊緣反射的漫射性質，偏振能使透明膠帶的邊緣格外突出

塑料零件（如圖7中的蓋子）通常包含可以通過偏振顯示的應力，這有助于識別容器的潛在破裂。

圖7：偏振光使塑料蓋中的應力線突顯

偏振效果也隨著塑料上涂層或厚度的變化而變化（見圖8）。在圖8中，左圖中尺子厚度的變化并不明顯；但在右圖中，只要偏振發生變化，應力線就會突然變化，表明尺子的機械完整性發生變化，或是在這種情況下，塑料的厚度發生了變化。

圖8：左圖顯示了塑料尺中間的一條應力線；右圖顯示使用不同的偏振光后，由于厚度的變化，該應力線突然停止

坡度變化

也許鮮為人知的是，偏振還可以幫助確定一個表面的坡度和傾斜度。使用偏振技術突出顯示坡度需要圖1所示的設置，設置中的最大區別是：當使用正交偏振鏡阻擋簡單的鏡面反光時，最好保持偏振光源和相機（鏡頭上裝有偏振鏡）彼此靠近，并且接近零件表面的法線。通過讓光源和觀察點靠近，光的偏振相對反射的變化相對較小，因此相機上的偏振鏡（分析器）可以通過與照明偏振鏡正交來最有效地抑制影響成像效果的光。這種方法能有效地阻擋偏振的鏡面反射光，并讓漫射非偏振光通過。

為了用偏振技術來突出斜面上的特征，從斜面表面反射的光必須在檢測區域偏振。要做到這一點，需要明場照明來照亮整個表面。

圖9：用一個較寬的漫射光源照亮圖3中圓罐上的條碼，在條形碼上提供均勻明亮的反射

在圖9給出的案例中，使用一個較寬的漫射光源照亮了圖3中圓罐上的條碼，并沒有使用偏振光源。這種明場照明方法通常用于有光澤的表面，目的是提供一個明亮的照明表面，用于查找缺陷、打印或其他表面特征；當有光澤的表面具有很多形狀時（會導致很多亮區域和暗區域），這是一種常用的方法。沒有有光澤的表面，反射光將無法保持偏振，也無法用于觀察坡度的變化。

常見的亮場照明工具包括漫射光源（如燈箱）、相機前面的同軸漫射光源、漫射環形光源或光帳篷（有時稱為陰天照明器）。   

圖10中顯示了使用燈箱照明的亮場照明圖。光照方向（燈箱）和分析儀方向（相機）之間的角度差越大，光的偏振狀態相對于反射的變化就越大——這是橢球儀等先進儀器用于分析薄膜涂層的一種技術。

圖10：使用亮場配置完全照亮裸金屬表面，反射光的偏振度隨表面坡度的變化而變化

大角度反射與圖4中的二次反射不同，其中偏振旋轉90°并保持線偏振，這是因為后向反射充當法向入射反射。圖10表示單一反射，光源和相機相對于零件的位置，應該使整個表面看起來明亮。初始線偏振光變為橢圓偏振光，偏振隨光入射和出射入射平面的角度而變化。通過旋轉相機前面的偏振鏡，可以看到這種偏振的變化。

圖11：從左到右，依次是從平行偏振到正交偏振，偏振角的變化突出了坡度的變化，照明角度沒有變化

圖11顯示了在一個略微彎曲的裸金屬板零件上，觀察到的光的幾種不同偏振狀態。左起第一張圖：可以看到整個零件的光照水平幾乎沒有變化；第二張圖：將相機上看到的偏振改變約45°，圖像從頂部到底部都發生變化，但從頂部到中間的變化不大；第三張圖：進一步改變在相機中看到的偏振，顯示出中間部分有一個非常明顯的斜坡；第四張圖：將零件反轉，圖像中的明暗也跟著反轉，因為坡度是反向的。在這些圖像中，除了相機看到的偏振變化外，沒有其他變化。  

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。