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光與被測物之間的相互作用
來源(yuan)： 閱讀：447 發布時間：2022-07-28 10:04:40
光與被測物之間的相互作用

光與被測物相互作用

光在被測物上，會(hui)產(chan)生多種現(xian)象。下圖展示了不同的作用現(xian)象，其中1為(wei)(wei)鏡面反射(she)、2為(wei)(wei)漫(man)反射(she)、3為(wei)(wei)定(ding)向透射(she)、4為(wei)(wei)漫(man)透射(she)、5為(wei)(wei)背反射(she)、6為(wei)(wei)吸收(shou)。

 

鏡面反射

反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)定律(lv)指光射(she)到一(yi)個界面上時(shi)，其入(ru)射(she)光線與反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)光線成相(xiang)同角(jiao)(jiao)(jiao)度。光入(ru)射(she)到不同介質的界面上會(hui)發(fa)生(sheng)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)和(he)折(zhe)射(she)。而(er)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)時(shi)會(hui)出(chu)現以(yi)下情況：反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)線跟(gen)入(ru)射(she)線和(he)法(fa)線在同一(yi)平面內。反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)線和(he)入(ru)射(she)線分(fen)居法(fa)線兩側(ce)，并且與界面法(fa)線的夾角(jiao)(jiao)(jiao)（分(fen)別叫做(zuo)入(ru)射(she)角(jiao)(jiao)(jiao)和(he)反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)角(jiao)(jiao)(jiao)）相(xiang)等。反(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)(fan)射(she)角(jiao)(jiao)(jiao)等于入(ru)射(she)角(jiao)(jiao)(jiao)。

 

物體表面反(fan)射(she)(she)光的多(duo)少由雙(shuang)向(xiang)(xiang)(xiang)反(fan)射(she)(she)分(fen)布函數(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)表示。BRDF描述(shu)了入射(she)(she)光線經過某個(ge)表面反(fan)射(she)(she)后(hou)如何在各個(ge)出射(she)(she)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)上分(fen)布這可以(yi)是從(cong)理想鏡(jing)面反(fan)射(she)(she)到漫反(fan)射(she)(she)、各向(xiang)(xiang)(xiang)同性或者各向(xiang)(xiang)(xiang)異性的各種(zhong)反(fan)射(she)(she)。將雙(shuang)向(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)布函數在兩個(ge)方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)上積分(fen)，可得到反(fan)射(she)(she)率(lv)，反(fan)射(she)(she)率(lv)僅取決于(yu)波(bo)長。

 

鏡面(mian)反(fan)(fan)射(she)(she)遵循光(guang)的(de)反(fan)(fan)射(she)(she)定律(lv)。鏡面(mian)反(fan)(fan)射(she)(she)是指若反(fan)(fan)射(she)(she)面(mian)比較光(guang)滑，當(dang)平行(xing)入射(she)(she)的(de)光(guang)線射(she)(she)到這個反(fan)(fan)射(she)(she)面(mian)時，仍會(hui)平行(xing)地(di)向一個方向反(fan)(fan)射(she)(she)出來，這種反(fan)(fan)射(she)(she)就屬于鏡面(mian)反(fan)(fan)射(she)(she)。

 

漫反射

漫(man)反(fan)射(she)(she)(she)，是(shi)投射(she)(she)(she)在粗(cu)糙(cao)表面(mian)上的(de)光(guang)向各(ge)個方(fang)向反(fan)射(she)(she)(she)的(de)現象。當(dang)一束平行(xing)的(de)入(ru)射(she)(she)(she)光(guang)線射(she)(she)(she)到粗(cu)糙(cao)的(de)表面(mian)時，表面(mian)會(hui)把光(guang)線向著四面(mian)八(ba)方(fang)反(fan)射(she)(she)(she)，所以入(ru)射(she)(she)(she)線雖然互相平行(xing)，由于各(ge)點(dian)的(de)法線方(fang)向不一致(zhi)，造成反(fan)射(she)(she)(she)光(guang)線向不同的(de)方(fang)向無規則地反(fan)射(she)(she)(she)，這種反(fan)射(she)(she)(she)稱之為“漫(man)反(fan)射(she)(she)(she)”或“漫(man)射(she)(she)(she)”。

 

這(zhe)(zhe)種反(fan)(fan)射的(de)光(guang)稱為漫射光(guang)。很(hen)多(duo)物體(ti)，如(ru)植物、墻壁、衣服等，其表(biao)面(mian)粗看起來(lai)似乎是(shi)平(ping)(ping)滑，但用放大鏡仔細(xi)觀察(cha)，就會(hui)看到其表(biao)面(mian)是(shi)凹凸不平(ping)(ping)的(de)，所以(yi)本來(lai)是(shi)平(ping)(ping)行(xing)的(de)太(tai)光(guang)被這(zhe)(zhe)些(xie)表(biao)面(mian)反(fan)(fan)射后(hou)，彌漫地(di)射向不同(tong)方向。

 

漫(man)反(fan)射(she)的(de)每(mei)條(tiao)光線均遵循反(fan)射(she)定律。平(ping)行(xing)光束經漫(man)反(fan)射(she)后不再是(shi)平(ping)行(xing)光束。

 

定向透射&漫透射

光線通(tong)過物體(ti)(ti)(ti)時產生透射(she)(she)。透射(she)(she)是(shi)入(ru)射(she)(she)光經過折射(she)(she)穿過物體(ti)(ti)(ti)后的(de)出射(she)(she)現(xian)象。被透射(she)(she)的(de)物體(ti)(ti)(ti)為(wei)透明體(ti)(ti)(ti)或(huo)半透明體(ti)(ti)(ti)，如玻璃(li)，濾色片等。

 

物(wu)體(ti)的內部和表面結構決定透(tou)射為漫投射或定向透(tou)射。透(tou)過物(wu)體(ti)光線的多(duo)少被稱為透(tou)射率(lv)。與反射率(lv)一樣，透(tou)射率(lv)也決定于光線的波長。

 

背反射

背反(fan)射(she)(she)(she)是(shi)對折射(she)(she)(she)光線的再一次反(fan)射(she)(she)(she)，其亦遵循反(fan)射(she)(she)(she)定(ding)律(lv)。

吸收

入射光線(xian)除反射和透射外剩下(xia)的(de)光線(xian)都被吸(xi)收(shou)(shou)(shou)，吸(xi)收(shou)(shou)(shou)就是入射光在物(wu)體(ti)內部(bu)被轉化為(wei)熱。如果(guo)我們(men)假定(ding)落到一(yi)個物(wu)體(ti)上的(de)光為(wei)L，反射光為(wei)R，入射光為(wei)T，吸(xi)收(shou)(shou)(shou)為(wei)A，根(gen)據能量守恒定(ding)律L=R+T+A。黑(hei)色的(de)物(wu)體(ti)能吸(xi)收(shou)(shou)(shou)大(da)量的(de)光。

 

不透明(ming)(ming)物體(ti)特有的(de)(de)顏色就是由與波長相關的(de)(de)漫反(fan)射和吸收決(jue)定(ding)的(de)(de)，而透明(ming)(ming)物體(ti)的(de)(de)顏色是與波長相關的(de)(de)透射決(jue)定(ding)的(de)(de)。

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