上一期我们聊了偏振的研究历史（上期文章：《偏振是什么？一文读懂偏振光近 300 年研究史》）。本期栏目，我们重点回答四个问题：偏振光是什么？它是如何形成的？它是如何被检测出来的？以及偏振光可以有哪些应用。
一、什么是偏振光？
偏振光（Polarization）是光学中的基础概念。光是一种横波，即光矢量与光的传播方向垂直。在垂直于传播方向的二维空间里，光矢量振动方向相对于传播方向的“不对称性”，就称为偏振——具有这种不对称性的光，就是偏振光。理解偏振光，是理解偏振成像与偏振相机工作原理的前提。
二、偏振光的分类
按性质，偏振光可分为完全偏振光和部分偏振光。其中完全偏振光又包括线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光三种。
线偏振光
光矢量端点轨迹为直线，只沿一个确定方向振动，其大小随相位变化、方向不变，称为线偏振光。
椭圆偏振光
光矢量端点轨迹为一椭圆，即光矢量不断旋转，其大小、方向随时间呈规律的变化。
圆偏振光
光矢量端点轨迹为一圆，即光矢量不断旋转，其大小不变，但方向随时间有规律地变化。
三、偏振光的主要形成方式
当非偏振光束照射到物体表面发生反射时，会产生偏振光；不同物质因其物理属性与结构不同（例如粗糙度、含水量、构成材料的物理特性等），在光的照射下也会形成性质不同的偏振光。此外，根据基尔霍夫理论，热辐射也表现出偏振效应。所以地球表面和大气中的任何目标，在反射和发射电磁辐射的过程中，都会产生由它们自身性质和光学基本定律决定的偏振光。
四、如何检测偏振光？
横波的偏振方向可以通过“检偏器”检测出来。以绳波为例：我们可以制作一道“狭缝”来检测偏振方向——当狭缝方向与绳波偏振方向一致时，绳波可以顺利通过；当二者互相垂直时，绳波则无法通过。
光学上的“检偏器”叫做偏振片（偏振镜），它只允许特定偏振方向的光波通过，原理比绳波复杂一些，但效果与检测绳波振动方向的狭缝是一样的。
狭缝方向与绳波偏振方向一致可通过，垂直则被阻断
五、偏振光能做什么？
由上述形成方式可知，偏振光蕴含着丰富的目标与环境信息。例如，金属材料和非金属材料对偏振光的反射响应具有极大差别；物理特性相近的不同物体，也会因表面粗糙程度不同导致漫散射程度存在差异，进而使反射光偏振响应产生较大不同。据此，偏振光的特性可被广泛应用于以下场景：
透明物体应力检测
当偏振光通过透明物体时，被测物内部不同区域的应力会影响透射偏振光。通过偏振相机输出的偏振度（DoP）或偏振角（AoP）信息，可实时显示内部应力分布。
去除反光
去除物体表面的反光是偏振成像的典型应用之一。由于反射光多为偏振光，借助偏振片可有选择地让某一方向振动的偏振光通过，克服玻璃、塑料、金属等反光表面产生的多余光线、反射、朦胧与眩光影响——这正是透玻透膜成像的核心原理。
表面缺陷检测
当物体表面出现缺陷时，其平整度、纹理构造等会发生变化，引起偏振度（DOP）信息改变。通过对表面偏振度信息的区分，可提取大量图像信息，轻松识别被测物表面缺陷，广泛应用于冶金视觉与工业质检。
探测与识别
对于低对比度、背景伪装、肉眼难以察觉的目标，由于目标表面材质与背景差异巨大，可利用不同材质物体偏振信息的不同，通过偏振相机输出的 AOP 信息，轻松识别出探测目标。
偏振透雾
面对雨、雪、雾、霾等复杂天气带来的能见度低、图像模糊问题，可利用目标信息光与背景散射光之间的偏振差异性，通过偏振信息重构算法，实现实时透视清晰成像。这正是穿烟透雾解决方案的成像基础。
偏振光的用途十分广泛。为了更好地利用和研究偏振光，偏振相机应运而生，它大幅拓展了偏振光的实际应用范围。
（下期预告）本期只列举了几种常见用途。下期栏目中，我们将重点展示偏振相机如何与机器视觉相结合，针对视觉智能场景进行应用落地。下一期栏目，我们再会。
