光与被测物之间的相互作用
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2021-05-19 17:35
引言
光与被测物之间的作用方式多种多样。学习这一部分知识，有利于我们更准确的利用光来实现预期的效果，就像摄影师拍照时对光要有很好的把握，视觉工程师也是如此。
光与被测物相互作用
光在被测物上，会产生多种现象。下图展示了不同的作用现象，其中1为镜面反射、2为漫反射、3为定向透射、4为漫透射、5为背反射、6为吸收。
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镜面反射
反射定律指光射到一个界面上时，其入射光线与反射光线成相同角度。光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射。而反射时会出现以下情况：反射线跟入射线和法线在同一平面内。反射线和入射线分居法线两侧，并且与界面法线的夹角（分别叫做入射角和反射角）相等。反射角等于入射角。
物体表面反射光的多少由双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)表示。BRDF描述了入射光线经过某个表面反射后如何在各个出射方向上分布这可以是从理想镜面反射到漫反射、各向同性或者各向异性的各种反射。 将双向分布函数在两个方向上积分，可得到反射率，反射率仅取决于波长。
镜面反射遵循光的反射定律。镜面反射是指若反射面比较光滑，当平行入射的光线射到这个反射面时，仍会平行地向一个方向反射出来，这种反射就属于镜面反射。
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漫反射
漫反射，是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，这种反射称之为“漫反射”或“漫射”。
这种反射的光称为漫射光。很多物体，如植物、墙壁、衣服等，其表面粗看起来似乎是平滑，但用放大镜仔细观察，就会看到其表面是凹凸不平的，所以本来是平行的太光被这些表面反射后，弥漫地射向不同方向。
漫反射的每条光线均遵循反射定律。平行光束经漫反射后不再是平行光束。
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定向透射&漫透射
光线通过物体时产生透射。透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体，如玻璃，滤色片等。
物体的内部和表面结构决定透射为漫投射或定向透射。透过物体光线的多少被称为透射率。与反射率一样，透射率也决定于光线的波长。
背反射
背反射是对折射光线的再一次反射，其亦遵循反射定律。
吸收
入射光线除反射和透射外剩下的光线都被吸收，吸收就是入射光在物体内部被转化为热。如果我们假定落到一个物体上的光为L，反射光为R，入射光为T，吸收为A，根据能量守恒定律L=R+T+A。黑色的物体能吸收大量的光。
不透明物体特有的颜色就是由与波长相关的漫反射和吸收决定的，而透明物体的颜色是与波长相关的透射决定的。
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