在工业视觉检测系统中，清晰、稳定的成像是实现精准测量、定位、识别与缺陷分析的基础。工业镜头滤光片作为一项关键的光学调控部件，通过主动管理进入镜头的光线，成为解决众多成像难题、提升系统鲁棒性的核心手段。

（图源网络，侵删）

一、滤光片的核心功能与分类

工业滤光片根据其调控光线的物理维度，主要分为两大类：

1.光谱选择型滤光片：基于光的波长进行选择。

原理：通过在光学基材上镀制精密的光学薄膜，利用光的干涉效应，使特定波段的光线高效透过，而其他波段的光线被反射或吸收。

主要种类：带通滤光片、短波通/长波通滤光片、中性密度滤光片。

2.偏振选择型滤光片：基于光的偏振态进行选择。

原理：其内部结构只允许电矢量振动方向与自身偏振轴一致的光线通过，从而消除特定方向的偏振光（如眩光）。

主要种类：线性偏振片、圆偏振片。

二、工业应用场景深度解析

以下通过多个典型工业案例，详细阐述滤光片的具体应用。

应用一：高速流水线条码读取

核心问题：环境光（尤其是工频闪变的日光灯）干扰，导致图像亮度波动、出现条纹，造成读取率下降。

解决方案：窄带带通滤光片

技术细节：

采用中心波长为850nm的红外LED作为主动光源。

在镜头前加装中心波长同为850nm、带宽为10nm或20nm的窄带带通滤光片。

此组合构成一个“光学锁”，只允许LED发出的红外光进入相机，有效隔绝绝大部分环境可见光，从而在任何光照条件下都能输出对比度极高、无频闪的稳定图像。

（850窄带滤光片)

应用二：金属表面微小划痕与瑕疵检测

核心问题：光滑金属表面的强镜面反射形成高光区域，掩盖了划痕、凹坑等缺陷。

解决方案：线性偏振滤光片

技术细节：

在光源和镜头前各加一片线性偏振片，构成“交叉偏振”光路。

旋转镜头前的偏振片，使其偏振方向与光源前的偏振片方向垂直。

镜面反射光因偏振方向被阻挡，而划痕处的漫反射光则部分通过，从而使瑕疵在暗背景下清晰显现。

关键参数：偏振片的消光比，需达到1000:1或更高，以确保充分的消光效果。

（偏振滤光片）

应用三：透明包装瓶内液体杂质与瓶身缺陷检测

核心问题：玻璃瓶身的复杂反光和折射干扰对内部异物、气泡及瓶身划痕的观察。

解决方案：偏振滤光片或红外长波通滤光片

技术细节：

场景A（检测表面划痕/标签）：使用偏振滤光片，消除瓶身各处的反光，原理同应用二。

场景B（检测内部液体杂质）：使用长波通滤光片（如截止波长1050nm），配合红外光源与红外相机。许多液体和玻璃在可见光下透明，但对特定红外光有散射。杂质颗粒会散射红外光而显现为亮斑，与暗背景形成极高对比度。

（LP1050长波通滤光片）

应用四：回收产业中的塑料材质自动分选

核心问题：不同种类的塑料（如PET、PVC）外观相似，无法通过颜色或形状进行区分。

解决方案：红外带通滤光片

技术细节：

使用近红外光谱（NIR）相机，配合红外光源。

在镜头前轮流使用不同中心波长的红外带通滤光片（如1200nm,1300nm,1450nm）进行成像。

不同材质的塑料在这些特征波段具有独特的反射率。通过计算不同波段图像中的灰度值比值，即可构建精确的材质分类模型。

应用五：液晶屏幕（LCD/OLED）Mura缺陷与亮点检测

核心问题：屏幕表面的玻璃盖板产生强烈反光，掩盖了底层发光像素的微弱亮度不均（Mura）或坏点。

解决方案：圆偏振滤光片

技术细节：

使用圆偏振片能有效消除屏幕表面的镜面反射。

相较于线性偏振片，圆偏振片能避免因自动对焦镜头前端旋转而导致的偏振失效，确保检测过程的稳定可靠。

（窄带激光NBP940滤光片）

应用六：高温物体在线监测（如焊缝、铸件）

核心问题：被测物体自身发出强烈的红外辐射，导致相机图像过曝，无法看清表面细节。

解决方案：窄带带通滤光片或中性密度滤光片

技术细节：

方案1（主动成像）：若使用特定波长的激光或LED光源，可选用对应波长的窄带带通滤光片，只接收光源的反射光，过滤掉物体自身的热辐射。

方案2（被动减光）：若无需额外光源，则使用中性密度滤光片（如OD1.0或更高），均匀地减弱所有波段的光强，防止传感器过曝，从而捕捉到高温物体的表面纹理。

三、滤光片选型流程总结

面对一个具体的工业视觉项目，滤光片的选型应遵循系统化的思路：

1.问题诊断：明确成像挑战的本质——是环境光干扰、表面反光、低对比度，还是需要区分材质？

2.确定类型：

抗环境光、提取特征光谱->光谱选择型滤光片（带通/截止片）。

消除眩光、反光->偏振选择型滤光片。

防止过曝->中性密度滤光片。

3.精确参数：

带通滤光片：确定中心波长（匹配光源）、带宽（决定选择性）、截止深度（决定抗干扰能力）。

偏振片：确定消光比和类型（线性或圆偏振）。

4.机械匹配：确认滤光片的螺纹尺寸（如M42x0.75）与镜头前端完全兼容。

通过上述系统性的介绍与案例剖析可以看出，工业镜头滤光片是机器视觉工程师工具箱中不可或缺的“利器”。精准的选型与应用，能够从根本上提升图像质量，赋能视觉系统在苛刻的工业环境下稳定、高效地运行。