偏振小课堂【第三期】偏振成像的应用

在第二期的栏目中，我们了解到什么是偏振光以及偏振光能做什么。那么在本期栏目中，我们将继续介绍偏振成像针对不同场景有哪些智能应用。

 

通过前两期栏目我们知道，光是振动平面和其传播方向互相垂直的横波，且具有一种神奇的特性——偏振特性。由于人眼的生理结构限制，在不借助于光学器材的条件下，裸眼无法感知光的偏振特性。当意识到偏振光的重要性后，人们为了能够利用偏振光，便研发了专门用于偏振成像的设备，我们称之为偏振相机。

偏振成像的智能应用

无论在军用领域还是民用领域，偏振成像的应用都非常广泛。这里着重介绍几种主要的应用场景。

①偏振穿烟透雾成像

传统的视觉成像系统在雨、雪、雾、霾等天气下，会出现能见度降低、颜色失真、模糊不清等问题，无法有效发现、识别目标。偏振穿烟透雾成像通过偏振成像技术与AI视觉图像处理算法，可以实现雨、雪、雾、霾、烟等复杂条件下的实时透视清晰成像，弥补了传统成像的不足，显著提升了视觉成像系统在强干扰、低能见度等条件下的作用距离，为复杂视觉条件下成像探测提供了一种新的解决方案。在军事侦察、边防海防、安防监控、交通监控、智能驾驶、冶金监控、火灾消防等领域具有显著的应用前景。

第一行是普通成像，第二行是偏振透雾成像

 

②偏振透玻透膜成像

由于有色玻璃和染色膜等对光线的影响，普通的光学成像系统无法透过有色玻璃和车膜对其内部进行直接观察。

 

侦察部门在贴有深色车膜情况下不能真实掌握车内情况而错失机会

偏振透玻透膜成像利用光的偏振信息，采用多维偏振信息重构成像技术,可去除玻璃反光，全天时、全天候对贴膜的车窗、建筑玻璃门等玻璃介质进行无感知透视成像,实现窗内目标的观察和识别。

第一行是普通成像，第二行是偏振透玻透膜成像

③偏振水下成像

光在水下存在高散射和高吸收的现象，尤其是浑浊水体的强散射作用影响，导致图像对比度大幅降低，光强信息大幅衰减，大大降低了水下目标的探测、识别能力。水下偏振相机利用偏振成像技术，通过获取多个偏振角度下场景目标图像，构建水下偏振重构模型，反演出目标信息，从而实现水下目标的清晰成像，提高有效探测距离。

第一行是浑浊水体下普通成像，第二行是偏振水下成像

 

④偏振玻璃瑕疵检测

玻璃瑕疵检测是偏振相机在工业领域的典型应用，前景广阔。玻璃产品（如：显示屏幕、飞机挡风玻璃、汽车挡风玻璃）在生产和使用过程中难免出现磕碰划伤等问题，会影响产品质量或出现潜在安全隐患。由于玻璃本身是高度透明的，且这些瑕疵十分细微，传统视觉系统难以高效检测这些问题，大部分公司不得采用人工筛查的方式，该方法效率低，漏检率高。

偏振玻璃瑕疵检测是利用同材质玻璃平面上瑕疵导致的偏振度信息变化，经过偏振成像对表面偏振信息进行对比区别，很容易识别划痕和瑕疵。在其他表面进行缺陷检测，也有广泛的适用性。

⑤偏振癌细胞检测

在医疗领域中，癌细胞的早期发现和及时诊断对癌症治疗至关重要。病理切片是目前主要的早期筛查手段，但该方法效率低下，且创伤较大，误诊率高。相关临床研究结果表明，癌细胞和普通细胞在偏振特性方面有较为明显的差别，这让通过偏振成像来筛查早期癌细胞成为可能。

癌细胞（红色圆圈内）的偏振成像结果

⑥仿生偏振光导航

仿生偏振光导航是一种新型基于自然特性的自主导航方法，以沙蚁等复眼生物高度敏感的偏振视觉感知与导航功能为仿生基础，以太阳光的自然偏振特性与大气偏振分布模型为理论依据，通过对大气偏振模式的检测和演算推断方位来实现导航定位。

⑦偏振面部识别

偏振面部识别主要是利用不同属性物体表面的偏振信息的不同，甚至物理特性相近的不同物体，也会因为表面的粗糙程度不同形成不同性质的偏振光，通过偏振成像实现面部识别：分辨出是真实的人体皮肤，还是硅胶面具，或者是高质量的照片或其他东西。

未完待续

以上列举了偏振成像在民用领域的几种主要应用场景和研究方向，下期栏目我们将介绍偏振成像在军用领域中的应用场景和方向，下一期栏目我们再会。