PM866-2 3BSE050201R1 偏振成像的基本原理和优点

光有三个基本特性：强度、波长和偏振。今天几乎所有的相机都是为单色或彩色成像而设计的。单色相机用于测量在像素级宽带光谱上的光强，而彩色或多光谱相机则用于检测红、绿、蓝和近红外波段的光强。同样，偏振照相机用于在多偏振状态下捕捉光的强度。

根据 AIA公司的一项市场调查，机器视觉全球市场在2015年达到7.6亿美元，其中80%来自单色相机，20%来自彩色相机。虽然偏振片是机器视觉中常用的一种，但到目前为止还没有线扫描偏振相机用于捕捉多偏振状态的图像。

偏振提供了许多好处，它不仅检测几何和表面，而且测量无法用常规成像检测的物理性质。在机器视觉中，它可以用来增强难以区分的物体的对比度。与相位检测技术相结合，偏振成像的成像灵敏感比传统成像方法高得多。

偏振滤波技术

就像人类的眼睛一样，硅不能决定光的偏振。因此，在图像传感器前面需要一个偏振滤波器。图像传感器用滤波器定义的偏振状态来检测光的强度。

大多数常见的偏振滤波器可分为三种类型：时间分割、振幅分割或焦平面分割。在时间分割的偏振测量中，随着偏振元件(如液晶、偏振片或光弹性调制器)的旋转或调制，数据是按时间顺序获得的，其速度受到调制器的限制。在今天的许多应用中，通常需要100 kHz左右的高线速；时间分割滤波器有其固有的局限性，而且由于设计复杂，成本也很高。

对于振幅分割的滤波器而言，光被分成不同的光路，其中每个光路都有一个独立的传感器。棱镜是最常用的部件，但是通常很难实现很高的装配精度，而且，通常还需要较大的空间用来安装棱镜。

对于焦平面分割滤光器，在焦平面上放置一个微偏振片阵列来定义不同的偏振态。该技术适用于紧凑、稳定、低成本的设计。然而，对于区域扫描成像仪来说，由于每个像素只提供一个自然偏振状态的数据，因此在空间分辨率上存在固有的缺点。这种算法被用来对其他算法进行插值。

传感器体系结构

一个可用的偏振相机包含一个具有四线架构的CMOS传感器。由纳米线组成的微偏振器阵列被放置在硅上，纳米线的螺距为140nm，宽度为70nm，而在前三个线性阵列上，偏振滤光片的取向分别为0°、90°和135°。过滤光的强度由底层的阵列记录。第四个通道是一个未经滤波的阵列，它捕获的总强度相当于一幅传统图像，而有源阵列之间的间隙减少了空间串扰。