在工業(yè)視覺(jué)檢測系統中，清晰、穩定的成像是實(shí)現精準測量、定位、識別與缺陷分析的基礎。工業(yè)鏡頭濾光片作為一項關(guān)鍵的光學(xué)調控部件，通過(guò)主動(dòng)管理進(jìn)入鏡頭的光線(xiàn)，成為解決眾多成像難題、提升系統魯棒性的核心手段。

（圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

一、濾光片的核心功能與分類(lèi)

工業(yè)濾光片根據其調控光線(xiàn)的物理維度，主要分為兩大類(lèi)：

1.光譜選擇型濾光片：基于光的波長(cháng)進(jìn)行選擇。

原理：通過(guò)在光學(xué)基材上鍍制精密的光學(xué)薄膜，利用光的干涉效應，使特定波段的光線(xiàn)高效透過(guò)，而其他波段的光線(xiàn)被反射或吸收。

主要種類(lèi)：帶通濾光片、短波通/長(cháng)波通濾光片、中性密度濾光片。

2.偏振選擇型濾光片：基于光的偏振態(tài)進(jìn)行選擇。

原理：其內部結構只允許電矢量振動(dòng)方向與自身偏振軸一致的光線(xiàn)通過(guò)，從而消除特定方向的偏振光（如眩光）。

主要種類(lèi)：線(xiàn)性偏振片、圓偏振片。

二、工業(yè)應用場(chǎng)景深度解析

以下通過(guò)多個(gè)典型工業(yè)案例，詳細闡述濾光片的具體應用。

應用一：高速流水線(xiàn)條碼讀取

核心問(wèn)題：環(huán)境光（尤其是工頻閃變的日光燈）干擾，導致圖像亮度波動(dòng)、出現條紋，造成讀取率下降。

解決方案：窄帶帶通濾光片

技術(shù)細節：

采用中心波長(cháng)為850nm的紅外LED作為主動(dòng)光源。

在鏡頭前加裝中心波長(cháng)同為850nm、帶寬為10nm或20nm的窄帶帶通濾光片。

此組合構成一個(gè)“光學(xué)鎖”，只允許LED發(fā)出的紅外光進(jìn)入相機，有效隔絕絕大部分環(huán)境可見(jiàn)光，從而在任何光照條件下都能輸出對比度極高、無(wú)頻閃的穩定圖像。

（850窄帶濾光片)

應用二：金屬表面微小劃痕與瑕疵檢測

核心問(wèn)題：光滑金屬表面的強鏡面反射形成高光區域，掩蓋了劃痕、凹坑等缺陷。

解決方案：線(xiàn)性偏振濾光片

技術(shù)細節：

在光源和鏡頭前各加一片線(xiàn)性偏振片，構成“交叉偏振”光路。

旋轉鏡頭前的偏振片，使其偏振方向與光源前的偏振片方向垂直。

鏡面反射光因偏振方向被阻擋，而劃痕處的漫反射光則部分通過(guò)，從而使瑕疵在暗背景下清晰顯現。

關(guān)鍵參數：偏振片的消光比，需達到1000:1或更高，以確保充分的消光效果。

（偏振濾光片）

應用三：透明包裝瓶?jì)纫后w雜質(zhì)與瓶身缺陷檢測

核心問(wèn)題：玻璃瓶身的復雜反光和折射干擾對內部異物、氣泡及瓶身劃痕的觀(guān)察。

解決方案：偏振濾光片或紅外長(cháng)波通濾光片

技術(shù)細節：

場(chǎng)景A（檢測表面劃痕/標簽）：使用偏振濾光片，消除瓶身各處的反光，原理同應用二。

場(chǎng)景B（檢測內部液體雜質(zhì)）：使用長(cháng)波通濾光片（如截止波長(cháng)1050nm），配合紅外光源與紅外相機。許多液體和玻璃在可見(jiàn)光下透明，但對特定紅外光有散射。雜質(zhì)顆粒會(huì )散射紅外光而顯現為亮斑，與暗背景形成極高對比度。

（LP1050長(cháng)波通濾光片）

應用四：回收產(chǎn)業(yè)中的塑料材質(zhì)自動(dòng)分選

核心問(wèn)題：不同種類(lèi)的塑料（如PET、PVC）外觀(guān)相似，無(wú)法通過(guò)顏色或形狀進(jìn)行區分。

解決方案：紅外帶通濾光片

技術(shù)細節：

使用近紅外光譜（NIR）相機，配合紅外光源。

在鏡頭前輪流使用不同中心波長(cháng)的紅外帶通濾光片（如1200nm,1300nm,1450nm）進(jìn)行成像。

不同材質(zhì)的塑料在這些特征波段具有獨特的反射率。通過(guò)計算不同波段圖像中的灰度值比值，即可構建精確的材質(zhì)分類(lèi)模型。

應用五：液晶屏幕（LCD/OLED）Mura缺陷與亮點(diǎn)檢測

核心問(wèn)題：屏幕表面的玻璃蓋板產(chǎn)生強烈反光，掩蓋了底層發(fā)光像素的微弱亮度不均（Mura）或壞點(diǎn)。

解決方案：圓偏振濾光片

技術(shù)細節：

使用圓偏振片能有效消除屏幕表面的鏡面反射。

相較于線(xiàn)性偏振片，圓偏振片能避免因自動(dòng)對焦鏡頭前端旋轉而導致的偏振失效，確保檢測過(guò)程的穩定可靠。

（窄帶激光NBP940濾光片）

應用六：高溫物體在線(xiàn)監測（如焊縫、鑄件）

核心問(wèn)題：被測物體自身發(fā)出強烈的紅外輻射，導致相機圖像過(guò)曝，無(wú)法看清表面細節。

解決方案：窄帶帶通濾光片或中性密度濾光片

技術(shù)細節：

方案1（主動(dòng)成像）：若使用特定波長(cháng)的激光或LED光源，可選用對應波長(cháng)的窄帶帶通濾光片，只接收光源的反射光，過(guò)濾掉物體自身的熱輻射。

方案2（被動(dòng)減光）：若無(wú)需額外光源，則使用中性密度濾光片（如OD1.0或更高），均勻地減弱所有波段的光強，防止傳感器過(guò)曝，從而捕捉到高溫物體的表面紋理。

三、濾光片選型流程總結

面對一個(gè)具體的工業(yè)視覺(jué)項目，濾光片的選型應遵循系統化的思路：

1.問(wèn)題診斷：明確成像挑戰的本質(zhì)——是環(huán)境光干擾、表面反光、低對比度，還是需要區分材質(zhì)？

2.確定類(lèi)型：

抗環(huán)境光、提取特征光譜->光譜選擇型濾光片（帶通/截止片）。

消除眩光、反光->偏振選擇型濾光片。

防止過(guò)曝->中性密度濾光片。

3.精確參數：

帶通濾光片：確定中心波長(cháng)（匹配光源）、帶寬（決定選擇性）、截止深度（決定抗干擾能力）。

偏振片：確定消光比和類(lèi)型（線(xiàn)性或圓偏振）。

4.機械匹配：確認濾光片的螺紋尺寸（如M42x0.75）與鏡頭前端完全兼容。

通過(guò)上述系統性的介紹與案例剖析可以看出，工業(yè)鏡頭濾光片是機器視覺(jué)工程師工具箱中不可或缺的“利器”。精準的選型與應用，能夠從根本上提升圖像質(zhì)量，賦能視覺(jué)系統在苛刻的工業(yè)環(huán)境下穩定、高效地運行。