折射的定义
光从一种透明介质(如空气)斜射入另一种透明介质(如水)时,传播方向一般会发生变化,这种现象叫光的折射。 此外,折射并不只是光的特性,电磁波都应有这种特性,介质并不一定非要透明,不透明的也一样有折射,X射线就可以穿过不透明的物体。
折射定律
当光线从空气斜射入水或其他介质中时,折射光线与入射光线、法线在同一平面上,折射光和入射光分居法线两侧,折射角小于入射角。入射角增大时,折射角也随着增大。当光线垂直射向介质表面时,传播方向不变,在折射中光路可逆。当光从水或其他介质中斜射入空气时,折射角大于入射角。
折射规律分三点:
1、三线一面。
2、两线分居。
3、两角关系,分三种情况:
①入射光线垂直界面入射时,折射角等于入射角等于0°。
②光从空气斜射入水等介质中时,折射角小于入射角。
③光从水等介质斜射入空气中时,折射角大于入射角。当入射角等于全反射角时,没有折射,光线全部反射回同一介质中。
生活中折射现象
由于光的折射,游泳池里的水看起来比实际的浅。
把一块厚玻璃放在钢笔的前面,笔杆看起来好像"错位"了,这种现象也是光的折射引起的。
从上面看水,玻璃等透明介质中的物体,会感到物体的位置比实际位置高一些,这是光的折射现象引起的。
折射在机器视觉中的应用
折射现象在机器视觉的镜头设计中肯定是要涉及到了。不考虑折射,是无法设计出好质量的镜头。而对目标取像时,折射现象应用就比较少,但是也不是没有应用,如有些玻璃的边缘检查、缺陷检查,也是可以通过折射来应对的。
当视觉检测对象的表面发出杂乱的眩光时(如抛光金属表面、烟盒、晶片等),会严重影响成像质量,降低检测特征的对比度。为了减弱或者消除杂散光、眩光等干扰,在很多测量、定位等系统构建时,我们在镜头前面需要考虑搭配偏振镜来使用。用偏振滤镜可以消除水面、玻璃面和其他非金属表面反射光,因为光在不同折射率的介质的界面上会发生反射和折射。
入射角与反射角、折射角的关系分别服从反射定律和折射定律。在非金属的界面上,当入射光线与折射光线成直角时,反射光线将是线偏振光,这就是有名的布儒斯特原理。此时的入射角就称为布儒斯特角。
如下图,当光线从空气(介质1,严格地说应该是真空)射入介质2时,布儒斯特角的正切值等于介质2的折射率n。由于介质的折射率是与光波长有关的,对同样的介质,布儒斯特角的大小也是与光波长有关的。所以当入射角偏离布儒斯特角时,反射光将是部分偏振光。
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