光有三個(gè)基本特性：強(qiáng)度、波長(zhǎng)和偏振。今天幾乎所有的相機(jī)都是為單色或彩色成像而設(shè)計(jì)的。單色相機(jī)用于測(cè)量在像素級(jí)寬帶光譜上的光強(qiáng)，而彩色或多光譜相機(jī)則用于檢測(cè)紅、綠、藍(lán)和近紅外波段的光強(qiáng)。同樣，偏振照相機(jī)用于在多偏振狀態(tài)下捕捉光的強(qiáng)度。

根據(jù) AIA公司的一項(xiàng)市場(chǎng)調(diào)查，機(jī)器視覺(jué)全球市場(chǎng)在2015年達(dá)到7.6億美元，其中80%來(lái)自單色相機(jī)，20%來(lái)自彩色相機(jī)。雖然偏振片是機(jī)器視覺(jué)中常用的一種，但到目前為止還沒(méi)有線掃描偏振相機(jī)用于捕捉多偏振狀態(tài)的圖像。

偏振提供了許多好處，它不僅檢測(cè)幾何和表面，而且測(cè)量無(wú)法用常規(guī)成像檢測(cè)的物理性質(zhì)。在機(jī)器視覺(jué)中，它可以用來(lái)增強(qiáng)難以區(qū)分的物體的對(duì)比度。與相位檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，偏振成像的成像靈敏感比傳統(tǒng)成像方法高得多。

偏振濾波技術(shù)

就像人類的眼睛一樣，硅不能決定光的偏振。因此，在圖像傳感器前面需要一個(gè)偏振濾波器。圖像傳感器用濾波器定義的偏振狀態(tài)來(lái)檢測(cè)光的強(qiáng)度。

大多數(shù)常見的偏振濾波器可分為三種類型：時(shí)間分割、振幅分割或焦平面分割。在時(shí)間分割的偏振測(cè)量中，隨著偏振元件(如液晶、偏振片或光彈性調(diào)制器)的旋轉(zhuǎn)或調(diào)制，數(shù)據(jù)是按時(shí)間順序獲得的，其速度受到調(diào)制器的限制。在今天的許多應(yīng)用中，通常需要100 kHz左右的高線速；時(shí)間分割濾波器有其固有的局限性，而且由于設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本也很高。

對(duì)于振幅分割的濾波器而言，光被分成不同的光路，其中每個(gè)光路都有一個(gè)獨(dú)立的傳感器。棱鏡是最常用的部件，但是通常很難實(shí)現(xiàn)很高的裝配精度，而且，通常還需要較大的空間用來(lái)安裝棱鏡。

對(duì)于焦平面分割濾光器，在焦平面上放置一個(gè)微偏振片陣列來(lái)定義不同的偏振態(tài)。該技術(shù)適用于緊湊、穩(wěn)定、低成本的設(shè)計(jì)。然而，對(duì)于區(qū)域掃描成像儀來(lái)說(shuō)，由于每個(gè)像素只提供一個(gè)自然偏振狀態(tài)的數(shù)據(jù)，因此在空間分辨率上存在固有的缺點(diǎn)。這種算法被用來(lái)對(duì)其他算法進(jìn)行插值。

傳感器體系結(jié)構(gòu)

一個(gè)可用的偏振相機(jī)包含一個(gè)具有四線架構(gòu)的CMOS傳感器。由納米線組成的微偏振器陣列被放置在硅上，納米線的螺距為140nm，寬度為70nm，而在前三個(gè)線性陣列上，偏振濾光片的取向分別為0°、90°和135°。過(guò)濾光的強(qiáng)度由底層的陣列記錄。第四個(gè)通道是一個(gè)未經(jīng)濾波的陣列，它捕獲的總強(qiáng)度相當(dāng)于一幅傳統(tǒng)圖像，而有源陣列之間的間隙減少了空間串?dāng)_。