在現(xiàn)代工業(yè)自動化與精密檢測領(lǐng)域，機器視覺測量技術(shù)憑借其高速度、高精度和非接觸等優(yōu)點，成為了質(zhì)量控制的“火眼金睛”。然而，這雙“眼睛”能否看得清、測得準(zhǔn)，很大程度上取決于一個常被我們經(jīng)常忽視的一個重要光學(xué)部件——濾光片。下面我們將深入了解濾光片是如何成為機器視覺測量系統(tǒng)中決定性一環(huán)的。

（圖源網(wǎng)絡(luò)，僅供參考-侵刪） 

一、機器視覺測量的核心原理與光學(xué)挑戰(zhàn)

機器視覺測量的本質(zhì)是通過相機捕獲被測物體的圖像，并基于數(shù)字圖像處理算法，提取特征點、邊緣、輪廓等信息，最終計算出物體的尺寸、位置、形狀等幾何參數(shù)。

其基本流程為：光源照明→光線經(jīng)物體反射/透射→鏡頭成像→相機傳感器接收→圖像處理與分析→輸出測量結(jié)果。

（機器視覺檢測流程）

在這一鏈條中，首要且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是獲取一幅高對比度、低噪聲、特征清晰的原始圖像。正所謂“垃圾進，垃圾出”，圖像質(zhì)量直接決定了測量的最終精度與可靠性。然而，在實際工業(yè)現(xiàn)場，視覺系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)：

1.環(huán)境光干擾：變化的自然光、頻閃的室內(nèi)照明會引入噪聲，導(dǎo)致測量值波動。

2.鏡面反射與眩光：光滑表面會將光源直接反射入鏡頭，形成過曝區(qū)域，掩蓋真實邊緣。

3.特征對比度不足：待測目標(biāo)與背景顏色或紋理相似，難以區(qū)分。

4.特殊應(yīng)用需求：如3D結(jié)構(gòu)光測量、熒光檢測等，需要分離特定波段的光。

要解決這些挑戰(zhàn)，僅靠優(yōu)化算法和打光是事倍功半的。最有效、最經(jīng)濟的方法之一，便是在光學(xué)路徑中引入“守門員”——濾光片。

二、濾光片：機器視覺測量的“光學(xué)頻譜編輯器”

濾光片，本質(zhì)是一種對光的不同波段具有選擇性透過功能的光學(xué)元件。其核心價值在于“編輯”進入相機的光頻譜，保留有用光信號，剔除無用光噪聲。這依賴于其內(nèi)部精密的光學(xué)鍍膜技術(shù)，通過真空鍍膜機在光學(xué)基片上沉積多層不同折射率的介質(zhì)薄膜，利用光的干涉效應(yīng)實現(xiàn)特定的光譜調(diào)控。

接下來，我們重點分析機器視覺測量中常用的幾種濾光片類型及其關(guān)鍵應(yīng)用參數(shù)。

（BP470帶通濾光片）

1.帶通濾光片

工作原理：只允許一個特定波長范圍（通常帶寬在10-40nm）的光通過，阻擋該范圍之外的所有光。

關(guān)鍵應(yīng)用參數(shù)：

中心波長：透射率最高的波長點，必須與視覺系統(tǒng)所用光源（如藍(lán)色470nm、紅色625nmLED）的峰值波長精確匹配。

半帶寬：透射率為峰值一半時所對應(yīng)的波長寬度。帶寬越窄，選擇性越好，抗干擾能力越強，但通光量會降低。

峰值透射率：在中心波長處的最大透射率。越高意味著信號損失越少，成像越亮。

截止范圍與深度：定義了被阻擋的光譜范圍及其阻擋程度（通常用光學(xué)密度OD值表示，OD>4即透射率<0.01%）。

應(yīng)用場景：主要用于抑制環(huán)境光干擾。當(dāng)使用單色LED光源時，配合同一波長的帶通濾光片，可以幾乎完全消除可見光環(huán)境的影響，大幅提升圖像信噪比和測量的穩(wěn)定性。

 （BP625帶通濾光片）

2.偏振濾光片

工作原理：由線性偏振片組成，只允許特定振動方向的光通過。通常以“起偏器+檢偏器”組合使用。

關(guān)鍵應(yīng)用參數(shù)：

偏振效率/消光比：衡量偏振片阻擋正交偏振光的能力。比值越高，消除眩光的效果越好。

透射率：對于平行偏振方向的透射率。

應(yīng)用場景：專門用于消除金屬、玻璃、塑料等光滑表面的鏡面反射和眩光。通過旋轉(zhuǎn)相機前檢偏器的角度，可以找到最佳消光位置，使被眩光掩蓋的表面紋理、劃痕或邊緣清晰地顯現(xiàn)出來，這對于高反光工件的尺寸測量至關(guān)重要。

（UVIR720紅外截止濾光片）

3.紅外截止/透過濾光片&紫外濾光片

工作原理：根據(jù)應(yīng)用需要，選擇性透過或截止紅外、紫外波段。

關(guān)鍵應(yīng)用參數(shù)：

截止/通帶范圍：明確界定透過或截止的波長邊界。

過渡斜率：從通帶到阻帶的過渡速度，斜率越陡峭，性能越好。

應(yīng)用場景：

紅外截止濾光片：大多數(shù)CMOS/CCD傳感器對紅外光敏感，但鏡頭對不同波長的光聚焦點不同（色差），會導(dǎo)致圖像模糊。加裝IRCut濾光片可以阻擋紅外光，提升黑白對比度，使圖像更清晰。

紅外透過/紫外濾光片：用于主動紅外視覺系統(tǒng)（如夜視、透霧）或紫外熒光檢測、瑕疵探測等特殊領(lǐng)域。

（中性密度濾光片）

4.中性密度濾光片

工作原理：在所有波長上均勻地衰減光強，而不改變色彩平衡。

關(guān)鍵應(yīng)用參數(shù)：

光學(xué)密度：定義衰減程度。OD值每增加0.3，透射率降低一半。

應(yīng)用場景：當(dāng)環(huán)境光或光源過強，導(dǎo)致相機即使使用最短曝光時間仍會過曝時，ND濾光片可以像“太陽鏡”一樣降低進光量，防止圖像“飽和”，確保在明亮條件下也能正常測量。

濾光片作為機器視覺測量系統(tǒng)中一個具有戰(zhàn)略意義的性能倍增器，其作用表現(xiàn)在：

1.精度與穩(wěn)定性的基石：通過精確的光譜控制，濾光片從源頭凈化了光信號，確保了圖像特征的唯一性和可重復(fù)性，為后端算法的精確測量奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.應(yīng)對復(fù)雜場景的利器：無論是變幻的環(huán)境光、棘手的產(chǎn)品反光，還是微弱的特征對比，都有對應(yīng)的濾光片類型可以提供解決方案，極大地拓展了機器視覺測量的應(yīng)用邊界。

3.成本效益的最優(yōu)解：相比于升級更高性能的相機或投入大量資源進行復(fù)雜的算法補償，增加一片設(shè)計精良的濾光片，往往能以極低的成本實現(xiàn)系統(tǒng)性能的質(zhì)的飛躍。

因此，在設(shè)計與開發(fā)一套高可靠性的機器視覺測量系統(tǒng)時，將濾光片作為核心光學(xué)架構(gòu)的一部分進行通盤考慮，是工程師們應(yīng)有的專業(yè)素養(yǎng)。而作為濾光片供應(yīng)商，我們的價值在于提供高精度、高環(huán)境耐受性（如耐溫、耐濕）的定制化鍍膜產(chǎn)品，并與客戶緊密合作，根據(jù)其具體的光源、相機和被測量物體，推薦最匹配的“光學(xué)利刃”，共同賦能機器視覺測量邁向更高的精度與智能化水平。