偏振是光傳播的一種特性，是光的波動性的又一例證；每當光被反射或通過某種介質（如偏振片等）時，偏振狀態會發生改變，常用於機器視覺領域。本文首先針對偏振光基礎原理進行簡要介紹，同時概述偏振技術在機器視覺中的典型應用，拓展分析為何自然光在金屬表面反射的光線不是偏振光，希望能為讀者帶來收獲。
一、偏振基礎原理
自然光是一種電磁波，在垂直於傳播方向的平面內包含著一切可能方向的振動，且在任一方向上都具有相同的振幅，即振動方向是對稱的。而當光的振動方向對於傳播方向不對稱性時，便成瞭偏振光。
偏振光按性質可分為線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光（本文主要以線偏振光為例展開介紹）。當自然光經起偏器（線偏振片等）傳播後，光矢量隻沿一個固定方向振動，端點軌跡成一條直線，此時即為線偏振光。
為瞭更好地理解光的偏振現象，可以借助實驗裝置進行展示。P1（起偏器）和P2（檢偏器）是兩塊偏振方向相同的偏振片，自然光經起偏器P1後，形成瞭線偏振光；隨後將檢偏器P2緩慢轉動，可發現透射光強度隨著P2轉動出現周期性強弱的變化。當P2平行於線偏振光方向時，透射光強最大；而垂直於線偏振光方向時，透射光強幾乎為零。
二、視覺行業典型應用
1、偏振光源
下圖展示瞭偏振光源的典型系統組成，主要應用部件為常規光源、起偏器和檢偏器。起偏器集成在光源前部，使得自然光轉換為線偏振光，經鏡面反射後透過鏡頭前的檢偏器，保證二者正交角度即可阻擋簡單的鏡面反光，有效去除（抑制）眩光發生。
a、藥片檢測
針對醫療行業中常見的藥片漏裝、缺陷檢測，常常由於表面氣罩包的存在導致成像存在眩光（局部過曝），難以清晰地觀測內部藥片情況。此時可以通過偏振光源實現表面清晰成像，去除氣罩包鏡面反射導致的眩光等現象。
b、讀碼器
隨著工業4.0的高速發展，產品追溯已滲透至各行各業，追溯使用的條碼標記也不僅僅局限於平面，而是更多地被標記於弧面、球面等反光表面，同時由於可能存在的條碼外包裝高反等情況，對於讀碼器的讀碼能力帶來瞭更高要求。
而針對成像反光等情況，很多讀碼器兼容偏振功能，通過配備半偏振/全偏振鏡頭罩，實現二維碼圖像的清晰獲取。
c、AGV導航
常見AGV導航技術包含磁條導航、二維碼導航、紋理導航、激光導航及視覺導航等方式，利用不同的信號反饋定位AGV實時位置以進行搬運作業。以二維碼導航及紋理導航為例，常常利用集成在AGV下方的下視相機結合光源進行底面二維碼/紋理信息采集，通過識別/匹配算法實現AGV的實時定位，具有定位精度高、穩定性好等優勢。
但考慮到二維碼材質、地面狀態（環氧地坪等），很容易造成反射燈珠成像、局部過曝等現象，常常采用偏振鏡頭罩解決，分別在光源前方進行起偏和鏡頭前方檢偏，通過兩組偏振片的過濾，消除鏡面反射效應。
2、偏振導航
天空光具有相對穩定的偏振分佈，以Rayleigh散射理論為基礎，基於斯托克矢量和地平坐標系，就可以建立簡單的天空光偏振分佈模型。因此在一定時間、地點觀測天空，可以得到一幅穩定的光偏振分佈圖，獲得探測目標的偏振度、偏振方位角信息，實現載體航向信息的獲取。
相較於傳統導航定位系統，成像式仿生偏振導航裝置外形更加小巧，重量更加輕便，光敏感性、集成度可以加優越，受外界環境幹擾更小。
3、偏振相機
許多視覺系統都試圖克服玻璃、塑料和金屬等反光表面產生的動態或多餘光線、反射、朦朧和眩光影響。偏振相機提供四組偏振角分別為 90°、45°、135°和 0°的偏振圖像，以根據照明條件的變化，以及相對運動和方向做出補償，改善在挑戰性照明條件下的圖像質量和決策時間。
同時除瞭補獲常規的亮度和顏色信息外，還可以補獲正常圖像傳感器無法檢測到的偏振信息，使得其能在能見度低、拍攝畫面困難情況下進行檢測，借助偏振度及偏振方向等偏振特性實現廣泛應用。
拓展：為什麼金屬表面反射的光線不是偏振光
眾所周知，偏振鏡常用於濾除非金屬表面（玻璃、水面等）眩光，而針對金屬表面反射的光線無能為力。下圖是常見的光的反射圖：入射光 （非偏振光）中的任意方向的偏振光都可以分解成平行於反射平面部分（p）和垂直於反射平面（s）部分。
下圖為根據菲涅耳方程繪制出的金屬/絕緣體反射率-入射角關系圖，R 是光在物體表面的反射率，T 是光的入射角。圖中可以看出，從絕緣體反射出的p部分本來就很少，所以拍攝者隻需要用偏振鏡把 s 部分過濾掉就可以得到一張滿意的照片。至於金屬，無論是過濾s部分還是p部分，另一部分的光還是會被反射到鏡頭裡，無論偏振鏡怎麼轉，金屬的反光都不會被過濾掉，因此偏振鏡無法濾除自然光經金屬表面帶來的眩光。
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