Q為什么采用傳感器偏振?

A:視覺系統一直都在試圖克服玻璃、塑料和金屬等反光表面產生的動態或多余光線、反射、朦朧和眩光影響。Teledyne FLIR的Blackfly S 機器視覺工業相機具有 Sony 的傳感器偏振和 Spinnaker SDK 內置的防眩光功能，提供便于實施、輕量化且可靠的解決方案，以應對這種充滿挑戰的情況。

配備偏振傳感器的 Blackfly S工業相機，通過同時傳感整個傳感器的所有偏振光的角度和強度，增加了速度，減小了體積、復雜度和耗電量。同時對曝光、增益、白平衡和顏色校正進行精確動態控制，以傳感器偏振方式在單幀圖像中從四個角度捕獲光線，可顯著降低系統復雜度和應用設計。

采用Sony偏振傳感器的Blackfly S的優勢01Sony的偏振傳感器

Sony IMX253MZR 和 IMX50MZR 傳感器基于廣受歡迎的1200 萬和500萬像素 IMX253 和 IMX250 Pregius 全局快門CMOS傳感器研發而成。每個像素都有自己的偏振濾光器 - 這些濾光器的朝向角度為 0°、45°、90° 和 135°，并以重復的雙像素塊排列。

這些傳感器能夠將由于添加像素偏振濾光器而降低的量子效率 (QE) 的影響降到最低。例如，IMX250MXR的偏振濾光器的消光比為 4:1，足夠提供準確的測定偏振的數據，無需阻擋正交偏振光。這保證了即使最小量的光通過對齊的濾光器，也有足夠的光到達感光二極管，以捕獲有用的圖像。這樣即使在具有挑戰性、需要增益補償降低的 QE 的條件下，也可以捕獲低噪聲的影像。

02具有防眩光和消除反射功能的Spinnaker SDK

Spinnaker SDK支持API調用，以通過從每個偏振象限中選擇最暗像素，從源影像中創建眩光減少的圖像。它可以利用偏振測量，動態地減少來自非金屬表面的反射，從而降低系統復雜度并節省應用的開發時間。請看以下示例：

L-原始偏振圖像| M-偏振圖像，偵測物體以紅色突出顯示| R-處理后的圖像，啟用了防眩光功能

03更高的幀率（采用無損壓縮）

配備Sony偏振CMOS圖像傳感器的Blackfly S GigE攝像頭可通過利用攝像頭固件中內置的無損壓縮功能，在高分辨率下實現更高的幀速率（例如，在 1200 萬像素下高達14FPS），同時不損失任何圖像數據。這種更高的處理速度和高分辨率對于要求苛刻的工業和研究導向型應用特別有用。

04偏振數據的解讀

光偏振參數的解讀和定性需要測量所有四個偏振角的數據。為了使傳感器上的每一個像素都做到這一點，需要組合相鄰像素數據進行插值處理。這與彩色傳感器上組合相鄰的紅色、綠色和藍色像素的數據得到每個像素的 RGB 值的方式類似。此過程由 Spinnaker SDK支持。

05偏振和彩色的結合

IMX250MYR傳感器在偏振濾光器下為傳感器增加了一個色彩濾光陣列。該傳感器使用一種獨特的Quad-Bayer樣式，使偏振域的空間分辨率優于色彩信息的空間分辨率。

RGB 像素排列為 2x2“超像素”。每個超像素在每個方向都有一個偏振濾光器，并包含在該位置計算斯托克斯參數所需的所有信息。

突出顯示 2x2“超像素”的 Spinnaker SDK GUI 截圖

06全局快門功能

由于焦平面失真，卷簾快門CMOS圖像傳感器無法準確識別快速移動的物體。配備 Sony全新傳感器偏振型傳感器的Blackfly S攝像頭解決此問題的方法是在每個像素內提供模擬內存，從而提供全局快門功能，以便實現較高的圖像質量而不發生焦平面失真的情況。

偏振工業相機的應用

下圖所示在室外照明條件下的擋風玻璃反射；有偏振和無偏振。

智能交通（ITS）

鑒于戶外照明條件全天都在變化，對于 ITS 應用（如透過反光的擋風玻璃對安全帶或移動設備違規行為拍照）而言，采用偏振濾光器設置很有挑戰性。有些系統通過多攝像頭/濾光器設置克服了這一難題，但這樣做既提高了硬件和維護成本，同時又嚴重影響了系統的可靠性。

通過相機偏振可以每幀同時捕獲四組圖像；確保其中至少有一幅圖像可以有效消除不必要的反射。應用程序開發人員可以在后處理過程中靈活地選擇一幅或多幅偏振圖像，從而節省開發、集成和維護的時間和成本。

探測和識別

使用傳統的可見或熱成像方法很難探測到目標，而偏振測定法就能解決了這個問題。偽裝的車輛或微觀細胞結構持續反射平行于表面的偏振光；這些反射在AoLP模式（線性偏振角）下可以清楚地顯現，如上圖所示，偽裝良好的車輛在使用傳感器偏振技術之前和之后的觀察效果。

無人機系統（UAS）

UAS 或無人機等通常在室外不受控制的照明條件下運行。Blackfly S 提供四組偏振圖像，偏振角分別為 90°、45°、135° 和 0°，以根據照明條件的變化，以及UAS 的相對運動和方向做出補償。Blackfly S通過向應用工程師提供每幀4組偏振圖像，減少了系統的復雜度、有效載荷重量和故障點，同時改善了在挑戰性照明條件下的圖像質量和決策時間。

優化對AUV和USV的深度學習（DL）

通過去除有害的眩光和反射來清理影像，可以簡化深度學習系統的培訓。特別是在自動駕駛汽車和海洋無人艦船（Unmanned Surface Vehicle，即USV）遇到的各種高反光環境中，其將發揮極大的作用。

Blackfly S 工業相機的高分辨率和低讀取噪聲可實現用標準顯微鏡設備分析寬廣的視野（例如，利用生物化合物的偏振特性和光學活性可以區分健康和患病的組織）。半導體和電子產品制造、平板顯示器 (FPD) 制造和檢驗、食品包裝、化妝品、藥品包裝、物流、顯微鏡和檢驗等其他多種應用都需要處理表面反光區域，這些情況下攝像頭偏振特別有用。