一片透明玻璃两面都有划痕，机器怎么分清伤在哪一面？
GIAI 激埃特光电 · 光学技术科普
设想一个窗口片检测工位：一片抛光好的玻璃平放在载台上，相机从正上方拍下一张图，画面里有两道细细的划痕，几乎交叉在一起。实际上一道在上表面，一道在下表面，只是玻璃太透明，两道痕迹被压进了同一张照片。
如果是人来判断，拿起来斜着迎光看看，再翻个面，心里大致就有数了。可产线上的元件按固定姿态、固定节拍过检，机器必须自己回答两个问题：有没有伤？伤在哪一面？
偏偏玻璃越透明，第二个问题越难。
01 /透明，恰恰是麻烦的来源
拍不透明零件时，相机收到的通常以物体表面反射或散射的信息为主。透明元件不一样。光到达第一个表面，一部分透射进入玻璃，一部分被反射。以空气中、近正入射且折射率约为 1.5 的未镀膜普通玻璃为例，单个空气—玻璃界面的反射率约为 4%。透进去的光到达第二个表面，还会再次发生反射和透射。哪个面上有划痕，又会让部分光散射到其他方向。于是，相机接收到的可能是来自两个表面、经过不同光路的信息。
图 1｜透明玻璃的正反表面缺陷可能投影到同一张二维图像中（原理示意，非实测图像）
两个面上的缺陷投进同一张图，位置可能挨着，甚至重叠。单个二维视角本身难以直接确定缺陷的深度，它能指出图像哪里异常，却未必说得清这个异常来自哪一个表面。所以透明件检测其实是两件事：先发现缺陷，再判定它属于哪个表面。前者要看得清，后者要找得到深度线索。
02 /换个角度打光，划痕为什么就冒出来了
平整抛光面会产生有方向性的镜面反射；而划痕改变了局部形貌，使部分光偏离原来的方向。在典型暗场照明配置下，正常表面的镜面反射光尽量错开相机，划痕产生的部分散射光反而进入镜头，于是暗背景中显出亮线。典型亮场配置则可能形成亮背景，某些缺陷因为改变了接收光的分布而显得较暗。
图 2｜亮场与暗场照明的典型成像差异（示意图，效果取决于照明与缺陷条件）
两种方式没有绝对的高下。划痕的走向和深浅、照明的角度和波长，都会改变它在图像中的显眼程度。有研究在检测飞机玻璃座舱盖时就发现，单一照明容易漏检或误检，于是把前向和后向两种照明下获取的图像结合起来分析。
不过，让划痕现形只解决了第一件事。黑背景里那条亮线，并不会告诉你它在上面还是下面。
03 /给机器两只眼睛，还得教它懂折射
2026 年 10 月 23 日，电子科技大学光电科学与工程学院的研究团队在《Optics Letters》发表论文，提出用双目透射式结构光来区分透明元件前后表面的缺陷。
双目不难理解：人靠左右眼的视角差判断远近，双目视觉系统用两台相机获取不同视角的信息。透射式结构光则让条纹图案的光穿过被测透明元件，利用缺陷与正常区域对光场产生的不同扰动形成可检测的特征。论文指出，这种透射式配置具有较高的缺陷检测灵敏度和较大的动态范围。
真正的难点在后面。普通双目几何常按均匀介质中的直线传播建模；透过玻璃观察时，光线进出表面会发生折射。从近正向观察平板玻璃，下表面会显得比实际浅；在简化近轴条件下，视深约为实际厚度除以折射率。换成曲面透镜，折射偏折还会随表面位置变化。如果忽略这些因素，缺陷位置就可能算错。
研究团队因此建立高精度虚拟光线追迹模型。结合元件的几何形状、材料折射率以及相机与光路的标定信息，模型计算候选表面缺陷经过折射后，在两台相机中应当出现的位置。
图 3｜双目采集、折射光路建模与缺陷表面归属判断（概念示意，非论文原图、非 GIAI 实际设备）
从论文公开的平凹透镜结果看，这个过程有点像核对“口供”：分别假设缺陷属于不同表面，计算相应的重投影位置，再与两台相机实际观测到的位置比较。论文在该实验中使用 3σ 判据辅助表面归属判断。某个假设的重投影误差符合阈值，便支持相应归属；不符合时还需要结合另一候选表面和整体模型判断，而不是简单地把所有超阈值结果一概归到另一面。
04 /2.15 mm 和 0.46 mm，各说明了什么
研究团队用平行平板和平凹透镜做了实验验证，其中一片平凹透镜的中心厚度为 2.15 mm，其前后表面的缺陷被成功区分。0.46 mm 则来自仿真：在论文给定条件下，平行平板可以区分前后表面缺陷的最小厚度为 0.46 mm。
图 4｜不同照明与双目方法的科普汇总；2.15 mm 是透镜实验条件，0.46 mm 为平板仿真结果
这两个数字的性质不同，一个是实物透镜的实验条件，一个是平行平板的仿真结果。不能据此认为 0.5 mm 左右的透明元件都已能稳定区分正反面，更不能说这套方法可以不经验证就直接用于产线。
厚度为什么存在可分辨下限？元件越薄，两个面越近，两种表面假设可能对应越接近的图像特征，最终会受到标定误差、图像噪声和分辨率的限制。实际应用中，折射率、面形、成像分辨率、缺陷形态与现场环境都会影响结果。
05 /知道伤在哪一面，有什么用
论文开篇就指出，区分透明元件前后表面的缺陷位置，对工艺优化具有意义。如果缺陷反复集中在某一面，就可以据此检查相关的加工、清洗、镀膜、搬运或装夹环节。当然，缺陷位置只是线索，要判断它究竟产生于哪道工序，还需要工序记录和其他检测证据。
位置也关系到后果。同样一道划痕，落在有效通光口径内与落在边缘非关键区域，影响可能不同。在某些成像系统中，表面缺陷可能增加杂散光；在材料与表面状况相近等条件下，短波长工作光更容易受到表面微观起伏散射的影响，因此部分紫外应用会提出更严格的表面质量要求。具体应以系统设计和验收规格为准。
06 /没有划痕，也不等于合格
以窗口片为例，除了划痕、麻点等表面疵病，往往还要检查尺寸、厚度、面形、平行度，以及工作波段内的透射或反射性能。镀膜元件更是如此，一片外观完好的滤光片，如果光谱不达标，仍可能拖累整个系统。反过来，一处细小疵病是否需要判废，也应该依据图纸上的表面质量标注与双方确认的检验条件，而不是凭肉眼印象。
一片光学窗口片，需要综合考虑：
● 表面疵病 划痕、麻点及其位置
● 几何参数 尺寸、厚度、面形和平行度
● 光学指标 透射、反射及必要的光谱测试条件
激埃特光电从事光学滤光片、透镜、窗口片及光学镀膜等精密光学元件的定制，可根据图纸、材料、尺寸、表面要求和光学指标，对具体项目评估加工、镀膜与检测路线。需要说明的是，本文介绍的双目透射式结构光属于公开发表的科研成果，并不代表激埃特已将其用于现有的检测流程。
07 /写在最后
透明玻璃看上去简单，想让机器真正看懂它却不容易。从调整照明让划痕现形，到借助两台相机和光线追迹分清它在哪一面，检测要回答的问题正在从“有没有伤”走向“伤在哪个面”。至于这道伤会给整个光学系统带来多大影响，那是下一道值得深挖的题目。
参考资料
[1] Wang, J., Liu, Z., Yuan, H., Xing, H., Wei, C., Yue, H., & Liu, Y. (2026). Multisurface-decoupling defect inspection of transparent elements based on binocular transmissive structured light. Optics Letters, 51(21), 6034–6037. Published: 2026-10-23. DOI: 10.1364/OL.615241.
[2] Li, Z., Yao, Y., Wen, R., & Liu, Q. (2024). Dual-Modal Illumination System for Defect Detection of Aircraft Glass Canopies. Sensors, 24(20), 6717. DOI: 10.3390/s24206717.
[3] Edmund Optics. Understanding Surface Quality Specifications（应用笔记）.
[4] Edmund Optics. Understanding Optical Windows（应用笔记）.
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