當今世界，機器人已從科幻走入現實(shí)，廣泛應用于工業(yè)制造、物流倉儲、醫療服務(wù)、家庭服務(wù)乃至航空航天等領(lǐng)域。這些高度智能的機器能夠“看見(jiàn)”并理解世界，其核心依賴(lài)于先進(jìn)的光學(xué)視覺(jué)系統。而在這個(gè)系統中，濾光片作為一個(gè)看似微小卻至關(guān)重要的元件，扮演著(zhù)“隱形守護者”的角色，直接決定了機器人視覺(jué)的清晰度、準確性和可靠性。

一、機器人視覺(jué)光學(xué)系統概述

機器人的“眼睛”通常是各種類(lèi)型的圖像傳感器（如CMOS或CCD），但其“視網(wǎng)膜”和“晶狀體”則是由復雜的光學(xué)系統構成。一個(gè)典型的機器人視覺(jué)光學(xué)系統主要包括：

1.光源：提供照明，確保目標物體被清晰、均勻地照亮，克服環(huán)境光干擾。常見(jiàn)的有LED環(huán)形燈、背光源、同軸光源等。

2.鏡頭：相當于相機的晶狀體，負責收集物體反射的光線(xiàn)并將其聚焦。

3.濾光片：安裝在鏡頭與傳感器之間，負責對入射光進(jìn)行“篩選”，只允許特定波長(cháng)或方向的光線(xiàn)通過(guò)，濾除不必要的雜光、眩光或干擾光。

4.圖像傳感器：將接收到的光信號轉換為電信號，形成數字圖像。

5.視覺(jué)處理單元：運行算法，對圖像進(jìn)行分析、識別和定位，最終指導機器人做出決策和動(dòng)作。

在這個(gè)鏈條中，濾光片是提升圖像質(zhì)量、確保視覺(jué)系統穩定工作的關(guān)鍵一環(huán)。沒(méi)有它，機器人的“視力”將大打折扣。

（機器視覺(jué)系統結構）

二、機器人中常見(jiàn)的濾光片種類(lèi)及應用

根據不同的應用場(chǎng)景和光學(xué)需求，機器人內部會(huì )選用多種類(lèi)型的濾光片。以下是幾種最常見(jiàn)和關(guān)鍵的品類(lèi)：

1.紅外截止濾光片

種類(lèi)：吸收型、反射型。

應用指標與參數：

截止范圍：通常要求高效截止700nm以上的近紅外光，并高效透過(guò)380nm-650nm的可見(jiàn)光波段（透過(guò)率>90%）。

截止深度：OD4（即萬(wàn)分之一透過(guò)率）以上，確保紅外光被有效隔離。

應用場(chǎng)景：幾乎所有基于可見(jiàn)光成像的機器人，如服務(wù)機器人、工業(yè)質(zhì)檢機器人、自動(dòng)駕駛機器人等。

作用原理：圖像傳感器對紅外光同樣敏感，如果不加以過(guò)濾，自然光或人造光源中的紅外成分會(huì )導致拍攝的彩色圖像嚴重偏色（如偏紅）、失真和對比度下降。IRCF通過(guò)阻擋紅外光，確保傳感器接收到的光線(xiàn)與人眼所見(jiàn)一致，還原真實(shí)色彩。

（紅外截止濾光片）

2.帶通濾光片

種類(lèi)：窄帶通濾光片、寬帶通濾光片。

應用指標與參數：

中心波長(cháng)：根據光源定制，例如與850nm或940nm的紅外補光燈匹配。

半帶寬：通常為10nm-50nm。越窄抗干擾能力越強，但工藝難度和成本越高。

峰值透過(guò)率：>90%，確保信號強度。

截止范圍：要求帶外截止度高（OD4-OD6），有效抑制環(huán)境雜光。

（NBP850窄帶紅外濾光片）

應用場(chǎng)景：

3D視覺(jué)/深度感知：在結構光、雙目視覺(jué)等方案中，機器人會(huì )發(fā)射特定的紅外激光圖案。鏡頭前的窄帶通濾光片只允許該特定波長(cháng)的激光通過(guò)，強烈抑制環(huán)境光干擾，從而精準捕捉激光圖案，計算深度信息。

視覺(jué)引導與定位：在物流分揀機器人中，常用于識別特定的熒光或顏色標記。

作用原理：像一個(gè)“光譜隧道”，只允許非常狹窄的一段波長(cháng)的光通過(guò)，極高地提升了信噪比。

（NBP940窄帶紅外濾光片）

3.中性密度濾光片

種類(lèi)：吸收型、反射型。

應用指標與參數：

光學(xué)密度：OD0.3、OD0.6、OD1.0等，數值越大，減光能力越強。

中性度：在不同波長(cháng)下透光率應保持一致，避免引入色偏。

應用場(chǎng)景：適用于工作在強烈光照環(huán)境下的機器人，如戶(hù)外巡檢機器人、農業(yè)機器人等。

作用原理：均勻地減少所有波長(cháng)的光線(xiàn)的強度，防止圖像傳感器因進(jìn)光過(guò)曝而“失明”，類(lèi)似于給相機的“墨鏡”，使得機器人能在雪地、沙漠、強光反射等環(huán)境下依然獲得細節豐富的圖像。

（中性密度濾光片）

4.偏振片

種類(lèi)：線(xiàn)性偏振片、圓偏振片。

應用指標與參數：

偏振效率：>99%，越高越好。

透過(guò)率：對目標偏振光有高透過(guò)率。

應用場(chǎng)景：

消除反光：用于檢測光滑表面（如玻璃、金屬、液晶屏）的機器人。偏振片可以消除物體表面的鏡面反射眩光，從而看清其下的劃痕、印刷文字或內部結構。

增強對比度：在水下機器人或戶(hù)外場(chǎng)景中，可以消除水面或葉面的反射光，增強圖像對比度。

作用原理：只允許特定振動(dòng)方向的光波通過(guò)，阻擋其他方向的光波，從而過(guò)濾掉因反射而產(chǎn)生的特定偏振光。

（偏振鏡）

三、選擇濾光片的關(guān)鍵參數總結

在為機器人視覺(jué)系統選擇濾光片時(shí)，工程師需重點(diǎn)考量以下核心參數：

四、結語(yǔ)

從精密的工業(yè)裝配到靈活的物流分揀，從貼心的家庭服務(wù)到嚴謹的醫療手術(shù)，機器人的智能化離不開(kāi)其敏銳的“視覺(jué)”。濾光片作為視覺(jué)系統中的“守門(mén)員”，通過(guò)精準的光譜管理，賦予了機器人抵抗干擾、明辨細節、洞察深度的能力。隨著(zhù)機器人應用場(chǎng)景的不斷拓展和深化（如對更復雜材質(zhì)的識別、在更極端環(huán)境下的作業(yè)），對濾光片的技術(shù)要求也將越來(lái)越高，推動(dòng)著(zhù)光學(xué)薄膜技術(shù)向更精密、更定制化、更智能集成的方向發(fā)展。未來(lái)，更先進(jìn)的濾光片將繼續作為幕后英雄，默默守護著(zhù)機器之眼，助力機器人看見(jiàn)更清晰、更真實(shí)的世界。