滤光片在机器视觉应用下的影响

在机器视觉中，不同类型滤光片可用于改善或改变被检查物体的图像，尽管滤光片拥有多种类型及特性，但是一般可以简单规划为两大类，彩色滤光片与镀膜滤光片。

彩色玻璃滤光片在机器视觉应用中广泛运用，它们通过特定的掺杂玻璃材料实现吸收和透射光谱的选择性改变。掺杂剂的选择取决于所需的透射波长，其制造过程与常规光学玻璃制造方法类似。这类滤光片之所以备受青睐，是因为其相较于干涉滤光片具有较低的成本。更为关键的是，在使用广角镜头或斜角拍摄时，彩色玻璃滤光片能维持稳定的波长透射性能，不会显示透射波长的变化。

当然，彩色玻璃滤光片也存在一些局限性。由于其截止波段通常较宽，透射曲线不如镀膜干涉滤光片那样锐利和精确，其透射率也相对较低，无法与干涉滤光片相媲美。图1展示了多种常见的彩色玻璃滤光片的透射曲线，从中可以观察到其较宽的截止波段以及透过率函数斜率的相对平缓。

（图1源自网络，侵删）

尽管彩色玻璃滤光片在精确性上可能稍显不足，但在一些对成本敏感或特定应用场合中，它们依然发挥着不可替代的作用。

红外（IR）截止滤光片在机器视觉应用中也扮演着不可或缺的角色，无论是作为有色玻璃滤光片还是镀膜滤光片，它们对于单色和彩色相机都极为重要。这主要是因为大多数机器视觉相机使用的硅传感器对波长高达约1μm的光线敏感。因此，当来自头顶荧光灯或其他非必要光源的红外光照射到传感器上时，可能会导致图像数据的不准确。

对于单色相机而言，红外光的存在虽然不会直接导致颜色失真，但它却会降低图像的对比度，使图像变得模糊不清。因此，在这些应用中，IR截止滤光片同样发挥着至关重要的作用。

除了IR截止滤光片外，还有其他多种类型的有色玻璃滤光片可用于机器视觉应用。例如，当使用多色光源和彩色传感器时，为了获得更准确的颜色再现，可以使用日光蓝滤光片进行色彩平衡。这类滤光片能够有效地过滤掉不需要的光线波长，确保相机只接收所需波长的光线，从而提高图像的清晰度和准确性。

镀膜干涉滤光片在机器视觉应用中发挥着重要作用，其性能通常优于彩色玻璃滤光片。镀膜滤光片通过独特的制造工艺，实现了更锐利的截止过渡、更高的透射率和更好的阻挡效果。这些滤光片种类繁多，从硬镀膜荧光滤光片到二向色滤光片再到偏振滤光片，每种都针对特定应用进行优化。

波长选择光学滤光片是通过在具有交替高和低折射率的特定基板上沉积介电层来制造的。基板的表面质量和均匀性为滤光片的光学性能奠定了基础，同时也限定了基板材料透射率下降的波长范围。介电层的存在使得滤光片能在特定波长上产生建设性和破坏性的干涉，从而形成滤光片的详细光谱结构，相比彩色玻璃滤光片，其截止带和通带更为锐利。

镀膜滤光片中有多种类型，如带通、长通、短通和陷波滤光片，每种都有其特定的阻挡和透射范围。长通滤光片主要用于阻挡短波长并透射长波长，而短通滤光片则相反，透射短波长并阻挡长波长。带通滤光片则选择性地透射一段特定波长范围，同时阻挡其他波长。陷波滤光片则是带通滤光片的反向应用，它阻挡一段特定波长并透射其他波长。

针对深度阻挡（高光密度）和陡峭坡度（阻挡到透射的急剧过渡）设计的滤光片，通常用于需要精确光控制的高级应用。然而，在大多数机器视觉应用中，这种高度的精度并不是必需的，因此，选择光密度（OD）为4或更高的滤光片可能会增加不必要的成本。

值得注意的是，由于硬镀膜滤光片依赖于光学干涉来实现其精确的透射和截止特性，因此在机器视觉应用中使用它们时可能会遇到一些挑战。所有干涉滤光片都是针对特定的入射角（AOI）设计的，通常为0°。这意味着在实际应用中，需要确保光线以正确的角度入射到滤光片上，以确保其最佳性能。因此，在安装和使用镀膜干涉滤光片时，必须仔细考虑和控制光线的入射角度。