在工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中，清晰、穩(wěn)定的成像是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量、定位、識(shí)別與缺陷分析的基礎(chǔ)。工業(yè)鏡頭濾光片作為一項(xiàng)關(guān)鍵的光學(xué)調(diào)控部件，通過(guò)主動(dòng)管理進(jìn)入鏡頭的光線，成為解決眾多成像難題、提升系統(tǒng)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

工業(yè)濾光片根據(jù)其調(diào)控光線的物理維度，主要分為兩大類：

1.光譜選擇型濾光片：基于光的波長(zhǎng)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(yīng)，使特定波段的光線高效透過(guò)，而其他波段的光線被反射或吸收。

主要種類：帶通濾光片、短波通/長(zhǎng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)只允許電矢量振動(dòng)方向與自身偏振軸一致的光線通過(guò)，從而消除特定方向的偏振光（如眩光）。

主要種類：線性偏振片、圓偏振片。

二、工業(yè)應(yīng)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(xì)闡述濾光片的具體應(yīng)用。

應(yīng)用一：高速流水線條碼讀取

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

解決方案：窄帶帶通濾光片

技術(shù)細(xì)節(jié)：

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

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

此組合構(gòu)成一個(gè)“光學(xué)鎖”，只允許LED發(fā)出的紅外光進(jìn)入相機(jī)，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(duì)比度極高、無(wú)頻閃的穩(wěn)定圖像。

（850窄帶濾光片)

應(yīng)用二：金屬表面微小劃痕與瑕疵檢測(cè)

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

解決方案：線性偏振濾光片

技術(shù)細(xì)節(jié)：

在光源和鏡頭前各加一片線性偏振片，構(gòu)成“交叉偏振”光路。

旋轉(zhuǎn)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(xiàn)。

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

（偏振濾光片）

應(yīng)用三：透明包裝瓶?jī)?nèi)液體雜質(zhì)與瓶身缺陷檢測(cè)

核心問(wèn)題：玻璃瓶身的復(fù)雜反光和折射干擾對(duì)內(nèi)部異物、氣泡及瓶身劃痕的觀察。

解決方案：偏振濾光片或紅外長(zhǎng)波通濾光片

技術(shù)細(xì)節(jié)：

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

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

（LP1050長(zhǎng)波通濾光片）

應(yīng)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：不同種類的塑料（如PET、PVC）外觀相似，無(wú)法通過(guò)顏色或形狀進(jìn)行區(qū)分。

解決方案：紅外帶通濾光片

技術(shù)細(xì)節(jié)：

使用近紅外光譜（NIR）相機(jī)，配合紅外光源。

在鏡頭前輪流使用不同中心波長(zhǎng)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(dú)特的反射率。通過(guò)計(jì)算不同波段圖像中的灰度值比值，即可構(gòu)建精確的材質(zhì)分類模型。

應(yīng)用五：液晶屏幕（LCD/OLED）Mura缺陷與亮點(diǎn)檢測(cè)

核心問(wèn)題：屏幕表面的玻璃蓋板產(chǎn)生強(qiáng)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(xì)節(jié)：

使用圓偏振片能有效消除屏幕表面的鏡面反射。

相較于線性偏振片，圓偏振片能避免因自動(dòng)對(duì)焦鏡頭前端旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的偏振失效，確保檢測(cè)過(guò)程的穩(wěn)定可靠。

（窄帶激光NBP940濾光片）

應(yīng)用六：高溫物體在線監(jiān)測(cè)（如焊縫、鑄件）

核心問(wèn)題：被測(cè)物體自身發(fā)出強(qiáng)烈的紅外輻射，導(dǎo)致相機(jī)圖像過(guò)曝，無(wú)法看清表面細(xì)節(jié)。

解決方案：窄帶帶通濾光片或中性密度濾光片

技術(shù)細(xì)節(jié)：

方案1（主動(dòng)成像）：若使用特定波長(zhǎng)的激光或LED光源，可選用對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)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(qiáng)，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(jié)

面對(duì)一個(gè)具體的工業(yè)視覺(jué)項(xiàng)目，濾光片的選型應(yīng)遵循系統(tǒng)化的思路：

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

2.確定類型：

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(shù)：

帶通濾光片：確定中心波長(zhǎng)（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：確定消光比和類型（線性或圓偏振）。

4.機(jī)械匹配：確認(rèn)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(tǒng)性的介紹與案例剖析可以看出，工業(yè)鏡頭濾光片是機(jī)器視覺(jué)工程師工具箱中不可或缺的“利器”。精準(zhǔn)的選型與應(yīng)用，能夠從根本上提升圖像質(zhì)量，賦能視覺(jué)系統(tǒng)在苛刻的工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。