有很多機器視覺檢測對象物體的表面會發(fā)出雜亂的眩光（如拋光金屬表面、煙盒、晶片等），這會嚴重影響成像質(zhì)量，降低機器視覺檢測特征的對比度。為了減弱或者消除雜散光、眩光等干擾，在很多視覺檢測、測量、定位等系統(tǒng)構(gòu)建時，我們在鏡頭前面需要搭配偏振鏡來使用。我們簡單的看兩幅效果圖，以下圖片是在同樣的時間，同樣的相機參數(shù)情況下拍攝的。不同點就在于一個沒有使用偏振鏡，下面的圖片拍攝時采用了高質(zhì)量德國schneider的偏振鏡片。效果之區(qū)別一目了然。

    下面，我們就簡單的介紹一下偏振鏡的光學原理和應用。

    光是一定波段范圍的電磁波，是由與傳播方向垂直的電場和磁場交替轉(zhuǎn)換的振動形成的。我們的眼睛能夠看到的只是電磁波中的一個很小的波長范圍，即380納米到780納米左右，這個范圍的電磁波稱為可見光。電磁波的振動方

向與傳播方向是垂直的，我們稱之為橫波。橫波就必然有一個偏振的問題。由于和光學發(fā)展歷史有關(guān)的原因，人們常把磁矢量的方向叫做偏振方向，并把磁矢量的傳播方向所決定的平面叫做偏振面。

        自然光：雖然光從本質(zhì)上來說是偏振的，但是自然界的大多數(shù)情況下，光表現(xiàn)出非偏振的。這是因為我們所看到的自然光（如太陽光，燈光）是由許多光波串組成的。這些光波串中每一串都是偏振的，但是它們的偏振方向是隨機的，不斷變化著的。在我們的觀察時間段里平均后，在任何一個方向上都沒有優(yōu)勢。這就是自然光，也叫非偏振光。

       線偏振光：讓自然光通過一個起偏振器件后，只有一個方向的偏振光能夠通過這個器件，我們就得到了線偏振光。線偏振光的振動方向是確定的。

       部分偏振光：如果線偏振光中混有一部分自然光，也就是說，這種光包含著各種方向的偏振光，而在某一方向的上體現(xiàn)出偏振的優(yōu)勢。這就是部分偏振光。

        圓偏振光：這種光的偏振方向是有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)著的。而光矢量在旋轉(zhuǎn)過程中的強度是保持一定的。也就是光矢量是沿著一個圓旋轉(zhuǎn)的。這就是園偏振光。在我們的觀察時間段中平均后，圓偏振光看上去是與自然光一樣的。但是圓偏振光的偏振方向是按一定規(guī)律變化的，而自然光的偏振方向變化是隨機的，沒有規(guī)律的。

        橢園偏振光：這種光的偏振方向也是在規(guī)律的旋轉(zhuǎn)著的，但是它的光矢量在旋轉(zhuǎn)過程中強度也在變化。也就是光矢量是沿著一個橢園旋轉(zhuǎn)的。橢園偏振光在觀察時間段里平均后的結(jié)果與部分偏振光相似。但是與部分偏振光不同，它的偏振方向以及光矢量的大小是按一定規(guī)律變化的。

        用偏振濾鏡可以消除水面、玻璃面和其他非金屬表面反射光，這是因為在這些介面上反射光的偏振狀態(tài)發(fā)生了變化。

        我們大家都知道，光在不同折射率的介質(zhì)的界面上會發(fā)生反射和折射。入射角與反射角、折射角的關(guān)系分別服從反射定律和折射定律。在非金屬的界面上，當入射光線與折射光線成直角時，反射光線將是線偏振光，這就是有名

的布儒斯特原理。此時的入射角就稱為布儒斯特角。從下圖可以看出，當光線從空氣（介質(zhì)1，嚴格地說應該是真空）射入介質(zhì)2時，布儒斯特角的正切值等于介質(zhì)2的折射率n。由于介質(zhì)的折射率是與光波長有關(guān)的，對同樣的介質(zhì)，布

儒斯特角的大小也是與光波長有關(guān)的。以光學玻璃折射率1.4-1.9計算，布儒斯特角大約為54-62度左右。當入射角偏離布儒斯特角時，反射光將是部分偏振光。

        園偏振鏡是由一塊線偏振鏡和一塊四分之一波片組成的。四分之一波片是用一種各向異性介質(zhì)做成的。光在這種介質(zhì)中傳播時，可以分解為兩種光矢量相互垂直的線偏振光，一種稱為尋常光線（Ordinary light，O光），另一種稱為非常光線（Extra-ordinary light，E光）。這兩種光在介質(zhì)中的傳播速度是不同的。當一束線偏振光以適當?shù)姆较颍雌穹较蚺cO光、E光方向均成45度）射入這種介質(zhì)中時，就能分解成強度相等的O光和E光在介質(zhì)中傳播（如下圖，紅色矢量表示入射偏振光方向，振動著的紅點分別表示O光和E光方向）。

        由于O光與E光在各向異性介質(zhì)中的傳播速度不同，入射時線偏振光分解成的O光與E光是同相位的。經(jīng)過一段距離的傳播后，O光與E光之間就會產(chǎn)生一定的相位差。

        但是，如果O光與E光之間的位相差不是90度，則合成的光就會是不同橢園度的橢園偏振光（或者線偏振光）。下圖列出了幾種不同位相差時的情況。

        我們知道，圓周角是360度，相當于一個波長。上述的90度位相差也就相當于四分之一的波長。如果各向異性介質(zhì)的厚度正好能在O光與E光之間引起90度的位相差，就能把一定偏振方向的線偏振光“變成”園偏振光。因此我們稱其為四分之一波片。如果這種介質(zhì)的厚度引起了180度的位相差，就會使入射的線偏振光“轉(zhuǎn)過”了90度（下圖）。我們稱其為半波片。前面說過，園偏振濾鏡就是由線偏振鏡加上一塊四分之一波片組成的，而且，線偏振鏡的偏振方向與四分之一波片的O光（或E光）成45度的。

        在風光攝影中，偏振鏡確實有不可替代的用途。絕大部分濾鏡的效果我們都可以通過電腦后期處理來模擬，唯獨只有偏振鏡的效果是無法模擬的，只能一次拍成。這說法本身并沒有大錯，但是這一句“必備濾鏡”卻讓不少攝影初學者誤會了：以為“必備”的意思，就是“永遠都需要用”，于是就老老實實的永遠把偏振鏡擰在了鏡頭前方，再也不摘下來了。

偏振鏡的作用

        最簡單地解釋：可以濾除反光。自然光從光源發(fā)射出來，被物體的表面反射以后，光的屬性就被偷偷改變了，我們將這種光叫做偏振光。人的眼睛無法辨識偏振光和自然光的不同，所以我們不能直觀的“看到”這個變化。但偏振鏡就像是一個過濾器，它允許自然光通過，卻可以攔截一些偏振光，這樣就可以人為的去除“反光”的影響。

        這是非常要緊的事！在拍攝九寨溝的水時，可以去掉討厭的水面反光，拍到色彩斑斕的水底植物；在拍攝櫥窗時，可以消除玻璃上反射的霓虹燈光，拍到櫥窗里漂亮的展品。特別是在拍攝藍天白云時，可以過濾一部分天空反光，加深天空藍色，白云便更加突顯。

偏振鏡的使用方法

       偏振鏡通常由兩個鐵環(huán)組成，一個鐵環(huán)可以安裝在鏡頭的前方，擰緊后就不再運動，另一個則承載著一片玻璃，在鐵環(huán)擰緊之后，它仍然可以自由旋轉(zhuǎn)。在使用偏振鏡的時候，我們需要在取景器里觀察需要消除的反光，左右掐住偏振鏡的前環(huán)慢慢旋轉(zhuǎn)——很快會找到最佳的旋轉(zhuǎn)角度讓反光消失。不過，偏振鏡一次只能濾除一個方向的偏振光，可能同一個畫面中濾掉玻璃反光時，水面上的反光就濾不掉；濾掉了水面的反光，玻璃的反光又明顯起來。

偏振鏡使用的誤區(qū)

        偏振鏡最擅長過濾的是入射角和反射角的夾角為90度的反光，越是接近180度的反光它就越是無能為力。比如頭頂正上方的太陽光射在水面上，偏振鏡是無法起作用的。另外，金屬表面的反光并不是偏振光，偏振鏡對這樣的反光也無能為力。鏡子是在玻璃上鍍上薄薄的水銀、銀或鋁做成的，所以也不是偏振光。想象一下，如果面對一面鏡子拿起相機，一旋轉(zhuǎn)偏振鏡，自己就從鏡子里消失了，這是多么恐怖的事！

        特別需要指出的是，偏振鏡會導致2-3倍的光線損失，這樣一來，相機便因為得不到足夠的光線而無法使用高速快門，在光線稍不充足的情況下，甚至容易因為相機抖動而拍出模糊的照片來。有不少懶人還將UV鏡與偏振鏡疊加在一起使用，由于兩個濾鏡疊加的鏡框太厚，擋住了鏡頭取景，還在畫面的四個角上形成了嚴重的暗角。

        為了達到盡量完美的成像效果，光學設計師費了很大的功夫才終于減少了鏡頭里用到的玻璃片。這個改進的過程有時很漫長，比如花了十年，才終于把一枚原本由6片鏡片組成的鏡頭減少到5片鏡片。雖然今天已經(jīng)有了多層鍍膜技術(shù)來大大改善透光率，但100%透明的物體是不存在的，成像品質(zhì)的損失仍然會存在。由于技術(shù)和成本的原因，廉價的鏡頭所造成的成像品質(zhì)損失會更大。

        因此，偏振鏡是個好東西，但絕不是可以一直安在鏡頭上的，我們只有在必要時才會請它出馬。