光的基礎知識

一、光的基礎知識1.可見光的光譜特性（1）可見光的定義光是一種具有能量的物質，是一種頻率很高的電磁波，它以電磁輻射的方式將其能量向外傳播。對整個電磁波而言，包括：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、宇宙射線等。其頻率范圍大約在105-1025（波長為3X103--3X10-17m）。波長在380—780mm范圍內的電磁波，人眼可以直接看到，所以稱為可見光。對整個電磁波而言，可見光所占的頻帶（也稱波譜）是很窄的，如圖1-24所示。圖1-24電磁波波譜及可見光光譜（2）可見光的光譜特性光譜由光學原理知，當光（波）從一種媒質進入另一種媒質時，傳播的方向將發(fā)生變化。這種現象叫做光的折射。而光折射的角度與其波長有關，即波長越短折射角度越大。若將一束白光（太陽光）投射到一塊玻璃三棱鏡上，就會分解出紅橙黃綠青藍紫七種彩色光。把這七種彩色光所排成的光帶叫光譜，如圖1-25所示。圖1-25太陽光的棱鏡分解出現上述現象的原因就是不同波長的光通過同一媒質時，其折射率不同所致。即換句話說，不同波長的光表現為不同顏色。單色光：只含單一波長的光稱為單色光，也叫譜色光。復合光：包含兩種或兩種以上單色光混合的光稱為復合光，也叫非譜色光。綜上所述，白光可分解為不同波長的單色光，反過來單色光也可以復合給人以白色光的感覺。2．光源與色溫（1）光源光源的定義：通常把自身能夠發(fā)光的物體叫做發(fā)光體。在物理學中叫光源。②光源分類天然光源如太陽、恒星等。人造光源如白熾燈、鎢絲燈、日光燈等（2）光源的色溫絕對黑體：是指既不反射，也不透射，而完全吸收入射光的理想物體叫絕對黑體。絕對黑體不僅能全部吸收外來的入射光，而且在黑體溫度升高后能以電磁波的形式向外輻射能量，這種現象稱為黑體輻射。它較之在相同溫度下的任何其它物體的輻射能力都強，故大功率的散熱片上都涂上黑色，以利散熱。絕對黑體的輻射功率分布絕對黑體隨著溫度的升高，輻射功率顯著增加，并向波長變短的方向移動。這一現象說明，受熱物體的亮度隨溫度上升而迅速增加，同時發(fā)射的顏色也將發(fā)生變化。色溫在近代照明技術中，統(tǒng)稱為“白光”的光譜成分的分布并不相同。光譜能量偏重于波長較長端（紅光）的稱“熱白光”，偏重于較短波長的稱“冷白光”，它們將會引起彩色視覺的差異。為便于白光的比較和計算，引入了色溫的概念。當絕對黑體在某一特定溫度下所輻射的光，與某一光源的光具有相同特性時，則絕對黑體的這一溫度就定義為該光源的色溫。單位為K。例如，一個鎢絲燈泡的溫度保持在2800K時，它所發(fā)出的白光，與溫度保持在2854K的絕對黑體所輻射的白光的功率頻譜相當，稱該燈泡發(fā)出的白光其色溫就是2854K。⑶標準光源物體的顏色與照明的光源有密切的關系。從景物表面反射的顏色（彩色），隨著照明光源的不同而有所區(qū)別。電視能否高度逼真地傳送彩色，與光源有很大關系。按國際規(guī)定有以下五種：A光源相當于鎢絲燈泡在2800K時發(fā)出的光，其色溫2854K。其頻譜能量主要集中在紅外線區(qū)域，所以其光不如太陽光白，總帶有橙紅色。B光源接近正午直射太陽光。相關色溫4800K。可用特制的濾色鏡由A光源得到B光源。C光源相當于白天的自然光，頻譜能量主要集中在400nm-500nm（納米），可見該光源含藍色成分偏多，相關色溫6800K。也可由A光源經濾色鏡得到。D65光源相當于白天的平均照明光，相關色溫為6500K。其頻譜能量主要集中在400nm-500nm處，近年來被用作彩色電視的PAL制標準白光。它可由彩色顯象管的三種熒光粉發(fā)出的光混合而得到。E光源E光源是色度學中的一種假想白光，實際并不存在，其概念僅用于色度學的計算。它是由可見光范圍內所有波長的光都具有相等的輻射功率時，所形成的一種白光。相關的色5溫5500K。3.物體的顏色⑴取決于物體本身的物理特性。①不透明物體的顏色不透明物體的顏色取決于物體表面對各種波長光的反射特性。如果物體表面對所有波長光全部吸收，則呈現黑色。若只對某一波長的光呈反射特性，而吸收其它波長的光，則呈現反射擊光的顏色。例如，一張白紙呈現白色是因其對所有波長的光反射特性均一樣。一塊紅布，只因其對紅光反射，而吸收其它波長的光，所以就是紅色。②透明物體的顏色透明物體的顏色是由該物體透射的光譜成分決定的。如果能全部透過可見光的光譜成分，則該物體是無色的透明體；如果只透過某一波長成分，則看到的顏色就是該透射波長的顏色。例如，只透射紅光的物體，呈紅色透明體。攝像機鏡頭前加的濾色片，就是某種顏色的濾色片。⑵取決于照明光源前面講的都是在白色（太陽光）光照射下產生的顏色。但是，照射光源不