在日常生活中，我们常常会遇到这样的困扰：晴天时，水面、雪地或路面反射的阳光会产生刺眼的眩光，干扰视线，尤其在驾车等高速运动状态下，极易引发安全隐患。而戴上一副偏光太阳镜，就能有效减弱这些眩光，使视野更清晰、视觉更舒适。同样，在摄影中使用偏振滤镜，可以滤除水面反光，清晰展现水下景物。在3D电影中，偏振光被用来分离左右眼图像，营造立体视觉效果。不仅如此，自然界中一些生物如蜜蜂、沙蚁和乌贼等，也具备感知偏振光的能力，用于导航、定位和捕食。这些现象都离不开光的偏振特性。那么，偏振成像技术究竟是如何利用这一特性，让我们看见不一样的世界的呢？

　　何为偏振成像

　　简单来讲，光是一种横波，其振动方向与传播方向垂直（例如抖动一根绳子时，波浪上下振动，却沿水平方向传播）。在日常生活中，太阳、灯等光源发出的光，在垂直于传播方向的平面上，振动方向是随机分布且强度均匀的，这种光称为自然光。然而，当自然光经过光滑表面反射、大气颗粒散射或生物组织透射等作用后，原本杂乱的振动方向会被限制在某一特定方向（或几个固定方向），从而使自然光转化为偏振光。换句话说，偏振光就是光波的振动方向被“规整”了——例如只沿水平方向振动，或仅限于某个角度振动，这种特定的振动方向被称为光的偏振状态。

　　在现实世界中，许多物体都会影响光的偏振特性，如物体表面的光滑或粗糙程度、内部是否存在裂纹或气泡、材料是否透明或存在应力、生物组织是否有病变，以及大气中的气溶胶等。通过探测这些偏振状态的变化，我们可以获取肉眼无法察觉的信息，进而服务于人类的生产生活。

　　普通成像（如手机拍照、人眼观察）只能记录光的亮度（明暗）和颜色（波长），而偏振成像是一种能额外捕捉光的振动“规矩”（偏振状态）的技术。简单说，偏振成像不仅能看到物体有多亮、是什么颜色，还能分析光在物体表面或内部经历了怎样的振动变化，从而获取普通成像无法捕捉的隐藏信息。这些隐藏信息赋予了偏振成像两项特殊能力。一是穿透“干扰”，在复杂环境中“看清真相”。偏振成像能够消除反光，用于拍摄玻璃后的物体、水下景物时，可避免反光干扰；也能够穿透雾霾或烟雾——偏振光受散射影响较小，因此能在恶劣天气、火灾烟雾环境及幽暗深海中保持成像清晰。这一特性可广泛应用于遥感监测、安防监控、消防救援、深海资源开发等领域。二是揭示微观差异，识别肉眼或普通相机无法区分的物体。偏振成像可用于表面测量，精密工业品表面的细微裂纹、平整度会改变偏振方向，利用这一特性能实现工件表面缺陷检测与纳米级精密测量。也可用于材料区分，相同颜色和形状的塑料与金属，因偏振特性不同，可通过偏振成像识别。还可用于结构探测：生物组织（如皮肤、脏器、植物叶片）的健康状态不同，偏振态就会存在差异，这为医学诊断、农业生产提供了重要依据。

　　应用场景

　　科研工作者利用偏振成像的特殊能力，在环境遥感、医学诊断、工业安防和科学探索领域，展开了理论研究和工程应用。

　　在环境与遥感领域，偏振成像能监测地球的“健康状况”。例如，通过偏振光分析大气污染物浓度，实现雾霾及气溶胶监测；通过海洋监测识别赤潮、油污染（油污与海水的偏振特性差异明显）；通过植物叶片的偏振态判断其生长状态（如是否缺水、遭受病虫害等），为农业估产提供支持。

　　在医学诊断领域，偏振成像能让“早期病变”无所遁形。比如在皮肤癌检测中，可以根据病变组织与正常皮肤的偏振反射特性不同，早期筛查皮肤癌；在眼科检查中，通过眼底偏振成像，能够清晰观察视网膜病变；在牙齿检查中，能够利用龋齿与健康牙釉质的偏振差异，识别早期龋齿。

　　在工业与安防领域，偏振成像能提升检测精度与安全性。比如运用于工业探伤，进行检测金属表面微小划痕、塑料件内部应力；运用于精密测量，测量薄膜、半导体、金属表面形态的微小结构。现在汽车行业里非常热门的自动驾驶也是要依靠偏振光的，在暴雨、逆光等场景下，偏振成像可更精准识别车道线、行人，避免车祸等恶性事件的发生；在火灾现场，偏振成像在穿透烟雾的同时还能获取火场环境的详细信息，确保消防员安全出入火场的同时提高救灾效率；城市中的交通监控，无论是在极强或者极弱光照环境下，偏振成像都可以看清驾驶员状况。还有在文物保护工作中，通过偏振光分析文物表面结构、形态，能够避免直接接触损伤文物，是文物保护工作中非常重要的手段。

　　在科研与探索领域中，偏振成像能解锁宇宙与微观世界的秘密。比如进行天文观测时，通过分析行星大气的偏振光，推测是否存在液态水或生物活动；在材料科学分析中，依据偏振态与分子排列密切相关，能够研究晶体结构、薄膜特性。

　　挑战与未来

　　尽管偏振成像能力出众，在遥感、医学诊断、工业与安防等领域展示出无法替代的优势，但要使其广泛应用还存在诸多难点。一是设备成本较高，偏振相机的结构比普通相机更复杂，普及难度较大。二是数据处理复杂，偏振信息需要大量计算才能转化为清晰图像和测量结果。三是场景限制，部分环境下偏振信号较弱，会影响成像效果。但随着偏振成像技术和人工智能的快速发展，这些问题有望得到解决：未来有望实现偏振成像模块的小型化与低成本，届时，手机、无人机搭载偏振成像模块，就能走进日常生活；偏振成像技术可与其他成像技术融合，比如与红外成像、光谱成像结合，实现“全维度”观察；还能得到人工智能加持，用AI快速处理偏振数据，实时输出分析结果，如实时疾病诊断、动态环境监测等。

　　偏振成像不仅是一种技术，更是人类观察世界的新视角。从探索宇宙到守护健康，它将在更多领域帮我们破解光的秘密，让隐藏的信息无处遁形，让我们看到更多不一样的世界。

　　（作者系西北工业大学自动化学院教授）

（责编：郑继民）