Поляризационный светофильтр представляет собой оптический фильтр, передающий свет только в одном направлении из возможных 360° (перпендикулярном световой траектории). Поляризационный светофильтр предназначен для устранения нежелательных эффектов (бликов, отражений), повышения контраста и насыщенности на изображении. Конструктивно такие фильтры состоят из двух частей, задняя часть навинчивается на объектив, а передняя часть представляет собой подвижный элемент, в котором находится поляризатор, вращением которого выбирается степень поляризации. Сила эффекта поляризации зависит от положения линии зрения камеры относительно солнца. Поляризационный фильтр максимально эффективен, когда линия зрения камеры перпендикулярна солнечному свету.
По типу поляризации все фильтры можно выделить в две большие группы: линейные и круговые. Круговые поляризаторы были разработаны для того, чтобы системы экспозамера и автофокуса камеры продолжали функционировать при надетом фильтре. Линейные поляризаторы намного дешевле, но их невозможно использовать с большинством цифровых камер (поскольку они используют TTL — экспозамер через объектив — и фазовый автофокус).
Необходимо отметить, что одним из недостатков поляризационных светофильтров является ослабление светового потока, поступающего через объектив на матрицу камеры на 2-3 ступени, поэтому поляризационные светофильтры также могут быть использованы в качестве нейтральных фильтров. Это может потребоваться в тех задачах, где требуется увеличить длительность экспозиции. Еще одним минусом при использовании поляризационного фильтра является затемнение на краях изображения («виньетирование»), этот эффект проявляется на широкоугольной оптике из-за зависимости поляризационных фильтров к углу относительно солнечного света, поэтому при использовании на широкоугольном объективе рекомендуем выбирать поляризационной фильтр в наиболее тонкой оправе.
Примеры использования поляризационных светофильтров
Повышение цветонасыщенности
Когда прямой отражённый свет отфильтрован, увеличивается количество рассеянного света от предмета — в результате чего создаётся более цветное изображение. Станет более яркой зелень листвы, голубизна неба. Однако цветонасыщенность не всегда прирастает одинаково. Всё это зависит от оптимального угла по направлению к солнцу, а также от отражающей способности предмета. В целом, предметы, сильнее отражающие свет, сильнее выиграют в цвете при использовании поляризационного фильтра. Кроме того, в ясный солнечный день влияние поляризаторов гораздо заметнее, чем при пасмурной или дождливой погоде.
Устранение нежелательных бликов и отражений
Поляризационный фильтр может быть исключительно полезным инструментом по удалению отражений и выделению объектов, которые находятся под водой, за стеклом, а также других прозрачных поверхностей . К сожалению, исключением из правила являются металлические поверхности, которые к тому же зачастую создают самые яркие и наиболее выраженные отражения.
Повышение контраста
Поскольку поляризационные фильтры подавляют прямые отражения, зачастую это может привести к потере контрастности на изображении (это поможет упростить съёмку сцен с широким динамическим диапазоном, например при попытке найти баланс между ярким небом и сравнительно неяркой землёй). В целом, использование поляризационных фильтров для облаков и неба практически всегда повышает контраст, однако если предмет съёмки сам обладает высокой отражательной способностью, поляризатор практически наверняка понизит его контрастность. На примере слева можно увидеть,что использование поляризационного фильтра помогло увеличить контрастность на изгибе дороги.
В настоящее время поляризационные светофильтры получили широкое применение в системах машинного зрения и промышленной автоматизации. Одной из самых распространенных проблем визуализации в техническом зрении является появление бликов и отражений от стеклянных, глянцевых или полированных пластиковых поверхностей,в том числе окрашенных или покрытых влагой (как было отмечено ранее, поляризационные фильтры не могут устранить зеркальные отражения от полированных металлических поверхностей). В этих случаях отраженный свет обычно исходит от осветителя, используемого в системе. К счастью, когда свет и камера установлены вместе на кронштейне, эту проблему часто легко решить, установив линейный поляризационный фильтр на объектив телевизионной камеры (в некоторых задачах поляризатор дополнительно размещают на источник света).
Размещение листа линейного поляризационного материала над источником света и линейного
поляризационного фильтра на объектив камеры часто может значительно уменьшить отражения и блики.
В поляризационных фильтрах предназначенных для использования в системах машинного зрения есть два важных атрибута. Одним из них является функция блокировки (блокировочный винт на оправе фильтра), позволяющая зафиксировать угол поляризации на фильтре и предотвращающая его непреднамеренное вращение. Другой важный параметр светофильтра- это высокий коэффициент поглощения света, благодаря чему происходит максимальное уменьшение бликов и отражений на телевизионном изображении. К примеру, поляризационные фильтры для непрофессиональной фото/видео съемки обладают меньшим коэффициентом поглощения света и не имеют на оправе блокировочный винт.
Еще один важный момент,который необходимо учитывать при использовании поляризационного светофильтра в некоторых узконаправленных задачах машинного зрения-это зависимость от диапазона длины волны. Как правило, стандартные поляризационные фильтры будут работать только в видимом диапазоне. Диапазон эффективной длины волны фильтра должен охватывать диапазон, используемый в приложении. Например, для использования в инфракрасном диапазоне следует выбрать линейные поляризационные фильтры, которые предназначены для работы в определенном диапазоне ближнего ИК-диапазона, в котором работает ваш источник света. Стоит заметить, что инфракрасные поляризационные светофильтры в отличие от стандартных, в меньшей степени устраняют блики и отражения с поверхностей.
Диаметр резьбы светофильтра подбирается в зависимости от диаметра объектива и наносится на оправе. Диаметр фильтра должен точно совпадать с резьбовым креплением объектива на передней части (диаметр каждого объектива указывается производителем в спецификации).