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，有利于我們更準確的利用光來實現(xiàn)預(yù)期的效果，就像攝影師拍照時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界面上時，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)過某個表面反射后如何在各個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反射面時，仍會平行地向一個方向反射出來，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，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。