opencv表面缺陷检测_偏振成像在表面缺陷检测的应用

转自公众号“act视觉系统设计”

导读：

1偏振成像技术应用的广泛性

2偏振成像在机器视觉中的应用

3应用案例

1偏振成像技术应用的广泛性

偏振成像技术是一种新型的成像技术，因其与平时所采用的光强度成像技术相比具有一定的优势，而得到了极其迅速的发展。光强度成像技术一般都会受到环境因素的影响，在恶劣环境下，由于光强度太弱，成像就会具有一定的困难度。而偏振成像技术却可以在恶劣的环境下进行远距离的图像获取操作，在抑制背景噪声、提高探测距离、细节特征获取以及目标伪装识别等方面具有优势。

目前，偏振成像也广泛地应用于工业、医疗、科研、军事及天文等领域。例如：可探测隐藏或伪装的目标；可实现海面以及水下目标的探测和识别；可实现烟雾气候环境条件下的导航；有效区分金属和绝缘体或是从引诱物中区分真实目标；可进行癌症、烧伤等医学诊断；可对物体特征(如指纹等)进行识别；可实现星载或机载遥感；可与其它技术相结合，如多光谱偏振红外成像、超光谱偏振红外成像等。

偏振成像在机器视觉中的独特应用

偏振成像系统主要有三个技术环节组成，其中包括对被测目标光波的偏振态分解、扫描以及角度编码，从而获取被测目标的光波偏振信息。接着，对获取的图像进行一系列的处理、增强或是融合，形成我们所需要的可视化偏振图像，最后从获得图像中获取需要了解的信息，对被测目标进行了解。

随着我国智能化产业的不断发展，自动化技术的日益成熟，机器视觉在各个领域的应用起到了非常重要的作用。例如自动化行业利用机器视觉成像，并对图像进行软件分析比对，利用软件控制机器对产品进行分类。在利用自动化技术对产品进行检测时，图像成为整个检测过程中最关键的一步。

随着偏振成像技术的广泛应用，机器视觉在不同领域也有了新的发展机会！

2偏振成像在机器视觉中的应用

在目前的机器视觉应用中，有很多检测对象物体的表面会发出杂乱的眩光(如抛光金属表面、烟盒、晶片等)，这会严重影响成像质量，降低机器视觉检测特征的对比度。为了减弱或者消除杂散光、眩光等干扰，在很多视觉检测、测量、定位等系统构建时，在镜头前面需要搭配偏振镜来使用效果更好！

首先我们来了解下偏振镜的作用

偏振镜可以滤除反光，自然光从光源发射出来，被物体的表面反射以后，光的属性就被偷偷改变了。因此称为偏振光。人的眼睛无法辨识偏振光和自然光的不同，所以不能直观的“看到”这个变化。但偏振镜就像是一个过滤器，它允许自然光通过，却可以拦截一些偏振光，这样就可以人为的去除“反光”的影响。

在机器视觉成像实践中，传统偏光照明方式缺点比较明显，如：需要选择与镜头螺纹匹配的偏振镜；光源需要临时安装偏振片，且安装可能反向；需要不断旋转镜头上偏振镜以达最佳角度。

而采用偏光光源时，则彻底避免了这些问题，优势十分突出：出厂时已把光源调到最合适状态，可直接使用；完全不存在安起偏器、检偏器的安装问题；同时手持偏光光源，人眼观察，直接评估打光效果。

偏振技术在机器视觉中的应用

随着智能制造的深入推进，市场对工业相机的应用提出了更高要求，普通工业相机在特定场景下，已经无法完全满足特殊工业应用需求。与光的强度和波长一样，光的偏振也提供了极其丰富的信息。根据Stokes矢量计算偏振度原理，平行光源照射在被测物表面形成光的反射，反射光透过偏振片后，相机的图像传感器可从多个方向采集到图像数据，最终结合成的偏振度图像，能够体现出偏振图像特有的信息。

与常见的可见光、遥感、红外成像等相比，偏振成像可以获取物体的多维度偏振信息，这在图像视觉领域中有十分显著和独到的优势。利用偏振相机获取到的偏振信息，可大幅增强被测物的细节特征体现。普通面阵相机难以辨别的缺陷，利用偏振相机可加以区分。偏振相机具备更强的缺陷识别能力，是各大检测行业的理想选择。

1、外壳检测

由于物体的外包装在具有缺陷时，其表面的平整度、纹理构造等，均会产生偏振度(DOP)信息变化，偏振相机通过对物体表面偏振度信息的区别，可以提取大量的图像信息。

偏振度信息图

2、变形检测

除偏振度之外，当原本平整的物体表面发生变形时，其表面的偏振方向也随之改变，这种改变同样可以提供大量的信息供使用。

偏振方向信息图

3、去除反光

光滑物体表面在经过光线照射时，会出现反射，十分影响相机拍摄物体的真实状态，偏振相机特有滤光偏振片，当偏振片与反光呈垂直方向时，便可轻松过滤掉该方向上的反光，能够轻松获取被摄物的真实面貌。

去除反光图示

工业4.0时代对生产制造效率提出了更高的要求。在条件更加严苛的生产场景下，机器视觉产品需不断融入新技术，以应对更为复杂的挑战。

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应用案例

1、昊量光电

偏振CMOS相机

CREVIS偏振相机基于Sony生产的CMOS传感器，具有高像素、高分辨率、高帧率、高集成度等特点，能提供不同偏振方向(0、45、90、135)和不同格式(AoP、DoLP、Intensity)的图像，能显著提高探测目标与背景的对比度，减小反射光的影响，具有透雾特性。该偏振相机以其独特的优势，在空间目标探测，去雾识别，天文观测、工业检测、生物成像和三维形貌测量等领域具有显著的应用前景。

2、双利合谱

偏振成像系统

Pure-VNIR 型可见光全偏振成像仪由光学镜头、偏振光谱相机(Polarized Camera)、偏振光谱图像采集与分析工作站、电源模块及相关连接线组成。该套仪器基于液晶相位调制器研制，主要用于可见光480nm 波段的偏振图像拍摄和图像分析，具有成像速度快、探测精度高、结构简单、方便与现有光学成像系统集成等优点。

Pure-VNIR 型可见光全偏振成像仪由光学镜头、偏振光谱相机(Polarized Camera)、偏振光谱图像采集与分析工作站、电源模块及相关连接线组成。该套仪器基于液晶相位调制器研制，主要用于可见光480nm 波段的偏振图像拍摄和图像分析，具有成像速度快、探测精度高、结构简单、方便与现有光学成像系统集成等优点。

3、康耐视

工业相机

康耐视认证的相机可方便地与 Cognex VisionPro、Cognex Designer 和康耐视视觉库 (CVL) 软件集成。GigE Vision 和 Camera Link 相机可用于区域扫描和线扫描，从而满足各种应用。无论您选择康耐视工业相机 (CIC) 还是第三方相机，都可以保证实现无缝的通信和采集。

4、海康威视500万像素USB3.0接口偏振相机

海康威视机器视觉基于Sony IMX250MZR CMOS 偏振感光芯片，自主研发CH系列500万像素USB接口的偏振相机MV-CH050-10UP，可利用极化信息和四向偏振器来获取更多的图像信息，在工业机器视觉中创造了一系列新的成像可能。

MV-CH050-10UP搭载SonyIMX250MZR CMOS 全局曝光的偏振感光芯片，能够同时采集四个不同光线方向的图像；通过USB3.0 数据接口进行图像数据的传输，并集成I/O (GPIO) 接口，提供线缆锁紧装置，能稳定工作在各种恶劣环境下，是高可靠性、高性价比的工业数字相机产品。具有高分辨率、高清晰度、高精度、低噪声等特点，适用于工业检测、医疗、科研、教育以及安防等领域。

VSDC观点：

在常温下，材料表面存在着大量各种类型的缺陷，对于材料的表面状态和表面形成过程都有极大的影响，特别是在现代电子器件加工过程中，其影响是不可忽视的。检测技术是现代信息社会的重要技术基础之一，随着现代光学技术的发展，光学检测技术也越来越多地应用于各种表面检测领域。

图像是产品检测过程中最为关键的一步，而采用偏振技术，在某些场合能大大提升图像质量，达到检测的目的。随着自动化行业的不断发展，偏振成像技术在机器视觉中的应用也越来越广泛，是机器视觉中的重要检测手段！

转自公众号“act视觉系统设计”