引言

光與被測物之間的作用方式多種多樣。學(xué)習(xí)這一部分知識，有利于我們更準(zhǔn)確的利用光來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，就像攝影師拍照時(shí)對光要有很好的把握，視覺工程師也是如此。

1光與被測物相互作用

光在被測物上，會產(chǎn)生多種現(xiàn)象。下圖展示了不同的作用現(xiàn)象，其中1為鏡面反射、2為漫反射、3為定向透射、4為漫透射、5為背反射、6為吸收。

2鏡面反射

反射定律指光射到一個(gè)界面上時(shí)，其入射光線與反射光線成相同角度。光入射到不同介質(zhì)的界面上會發(fā)生反射和折射。而反射時(shí)會出現(xiàn)以下情況：反射線跟入射線和法線在同一平面內(nèi)。反射線和入射線分居法線兩側(cè)，并且與界面法線的夾角（分別叫做入射角和反射角）相等。反射角等于入射角。

物體表面反射光的多少由雙向反射分布函數(shù)(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)表示。BRDF描述了入射光線經(jīng)過某個(gè)表面反射后如何在各個(gè)出射方向上分布這可以是從理想鏡面反射到漫反射、各向同性或者各向異性的各種反射。 將雙向分布函數(shù)在兩個(gè)方向上積分，可得到反射率，反射率僅取決于波長。

鏡面反射遵循光的反射定律。鏡面反射是指若反射面比較光滑，當(dāng)平行入射的光線射到這個(gè)反射面時(shí)，仍會平行地向一個(gè)方向反射出來，這種反射就屬于鏡面反射。

3漫反射

漫反射，是投射在粗糙表面上的光向各個(gè)方向反射的現(xiàn)象。當(dāng)一束平行的入射光線射到粗糙的表面時(shí)，表面會把光線向著四面八方反射，所以入射線雖然互相平行，由于各點(diǎn)的法線方向不一致，造成反射光線向不同的方向無規(guī)則地反射，這種反射稱之為“漫反射”或“漫射”。

這種反射的光稱為漫射光。很多物體，如植物、墻壁、衣服等，其表面粗看起來似乎是平滑，但用放大鏡仔細(xì)觀察，就會看到其表面是凹凸不平的，所以本來是平行的太光被這些表面反射后，彌漫地射向不同方向。

漫反射的每條光線均遵循反射定律。平行光束經(jīng)漫反射后不再是平行光束。

4定向透射&漫透射

光線通過物體時(shí)產(chǎn)生透射。透射是入射光經(jīng)過折射穿過物體后的出射現(xiàn)象。被透射的物體為透明體或半透明體，如玻璃，濾色片等。

物體的內(nèi)部和表面結(jié)構(gòu)決定透射為漫投射或定向透射。透過物體光線的多少被稱為透射率。與反射率一樣，透射率也決定于光線的波長。

背反射

背反射是對折射光線的再一次反射，其亦遵循反射定律。

吸收

入射光線除反射和透射外剩下的光線都被吸收，吸收就是入射光在物體內(nèi)部被轉(zhuǎn)化為熱。如果我們假定落到一個(gè)物體上的光為L，反射光為R，入射光為T，吸收為A，根據(jù)能量守恒定律L=R+T+A。黑色的物體能吸收大量的光。

不透明物體特有的顏色就是由與波長相關(guān)的漫反射和吸收決定的，而透明物體的顏色是與波長相關(guān)的透射決定的。