近年来，基于视觉的偏振系统已在多个专业领域中印证了其稳定可靠性。该系统基于光弹性效应进行透射分析，能够实现对透明材料内部应力状态的精准检测与量化评估。偏振技术适用于水、塑料、玻璃等非金属透明或反射材料的检测分析，也可用于复杂表观监测乃至极低对比度环境下的信息识别——例如在轮胎制造中读取黑色背景上的黑色文本。在制药领域，搭载偏振相机的机器视觉系统尤其适用于泡罩包装质量检测，可高效、可靠地识别包装缺陷或药片错位等问题，并自动分拣剔除。

维也纳技术大学制造工程与光子技术研究所的工艺工程研究团队，正致力于偏振光学领域中一种新兴的成像方法研究。项目负责人 Ferdinand Bammer 阐释其基本原理：“区别于透射技术，本系统采用椭圆偏振测量法——通过分析被测物体反射光的偏振态，并在 0°、45°、90°及135° 线性偏振角下分别测定其反射光强。借助相应数学模型解析各光强间的比例关系，即可实现对涂层质量和厚度的精确表征。”

为实现偏振态的完整测量，研究团队引入了光学工具箱：由于初始方法无法确定所测偏振椭圆的旋向，他们在光路中增设了一片四分之一波片。该配置使得系统能够同时测量 45° 与 135° 线偏振光强，以及左旋和右旋圆偏振光强。

“基于这些光强值，我们推导出 45° 偏振比 R45 与圆偏振比 Rz，”Bammer 解释道，“借此通常可完成对偏振态的完整表征。所得偏振比值 R45 和 Rz ——或由其直接换算得到的经典椭圆偏振角ψ与Δ——其数值取决于样品特性。其中样品表面涂层厚度的影响最为显著。而通过椭圆偏振测量技术，我们能够判断涂层厚度。我们的目标是将这一在实验室中已被证明可靠的方法，转化为足以满足工业在线应用要求的、强大且可靠的系统。”

Bammer 指出，对此类在线椭圆偏振系统的需求真实存在且持续增长：“在电子制造领域，精确测定由半导体、金属、聚合物或介电材料构成的薄层质量是众多工艺环节的关键要求。这一需求同样存在于 OLED 显示屏、燃料电池膜、电池电极、光伏组件的制造过程中，以及制药、食品与饮料等行业。例如，椭圆偏振测量技术能够确保塑料和玻璃容器内壁涂层厚度完全符合规范。既保护内容物，又阻隔其向外扩散。”

卓越测量始于偏振相机

涂层厚度测量与评估所需精度水平主要取决于具体应用场景。对于瓶体和薄膜表面的阻隔涂层、药品容器内的润滑涂层，或是在金属基材上用于提升附着力或进行表面预处理、以增强涂料粘结性能的底漆等应用，通常 10% 的测量精度即可满足需求。此类应用中的典型涂层厚度范围为 10 至 200 纳米。而在有机光伏（OPV）或显示技术等复杂领域，精度要求则大幅提高。

“为满足上述严苛的测量要求，我们开始在全球市场中遴选适配的偏振相机。得益于一家研究伙伴的精准推荐，我们最终锁定了目标。”Bammer 说道，“他们直接指出 SVS-Vistek 的相机在稳健性和噪声控制方面表现最为突出，这是我们最终选定该制造商的关键原因。无论是相机性能还是技术支持，其实际表现均令人满意。目前我们采用的 GigE Vision 偏振相机，相机型号为 exo250ZGE。其可提供 500 万像素分辨率与最高 24.5 帧/秒的数据传输速率，足以应对常规检测场景的需求。”

若需进一步提升测量速度，则换用支持 75 帧/秒传输速率，配备 USB3 接口的偏振相机 exo250ZU3。而对于分辨率要求更高的应用，Bammer 则会使用配备 USB3 接口的， 1230 万像素的偏振相机 exo253ZU3。

除了 SVS-Vistek 偏振相机本身的技术优势外，其团队表现出的综合能力同样令 Bammer 信服：“早在与 SVS-Vistek 专家的初次技术对接中，他们深厚的相机技术积累和对我们需求的精准把握便已清晰展现。我们的合作伙伴在整个合作过程中响应迅速、沟通顺畅且执行高效——这为我们椭圆偏振测量系统的顺利实现提供了极大支持。”

技术落地：从认可到应用在 Bammer 看来，椭圆偏振项目面临的最大挑战在于厘清偏振响应与目标测量量之间的关系。“厘清它们之间的关系并将其转化为简单且可靠的测量方案，已然是一项复杂课题。然而同样具有挑战性的是，如何向行业决策层清晰阐明其技术原理并获得他们的认可。唯有克服这些挑战，实验室技术才能转化为可靠的工业应用。SVS-Vistek 提供的偏振相机为此奠定了坚实基础，我们将在此基础上持续完善系统。”

目前，基于此技术的多套测量系统正处于实际应用转化阶段。首批用户已着手将维也纳技术大学研究团队研发的椭圆偏振技术集成至各类实验室和工业检测平台中，用于对 PET 瓶等包装材料的涂层厚度和质量的测量。尽管生产线环境通常难以完全复现实验室级的高精度测量条件，但现有系统的测量质量已能满足部分工业场景的应用需求。

随着该技术的不断进步，其应用潜力将被持续释放。Bammer 确信：“在显示屏、照明系统、光伏组件、电池与储能装置、燃料电池及催化剂等众多新兴技术的关键部件的制造过程中，对涂层进行可靠、全表面质量检测的需求正稳步增长。因此，我坚信，未来数年内，偏振技术的重要性将显著提升。现阶段，行业对偏振测量和椭圆偏振技术的理解与认知仍处于初级阶段。而 SVS-Vistek 等厂商提供的高性能偏振相机，有望为该技术的应用落地提供关键助力。”

全局快门（Global Shutter）采用全像素同步曝光方式，所有像素同时开始曝光并同时结束曝光。而卷帘快门（Rolling Shutter）则采用从上至下的滚动式曝光方式，逐行开始并结束曝光。

在需要拍摄高速运动物体的场景中（例如生产线上的100%质量检测），全局快门传感器是最佳选择。而对于移动缓慢或静止的物体（如显微镜等科学应用场景），卷帘快门传感器则更为适合。此外，卷帘快门传感器通常具有成本优势，在不需要全局快门的应用中，可有效节省设备成本。

本文转载自【Allied Vision工业相机】

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