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机器视觉光学基础-折射

时间:2012-07-25来源:shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次
   折射(Refract)

什么是折射

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。
折射原理
图1 折射原理图

折射定律

光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(但存在于空气中的角总是一个大角),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。在这里我们可以认为空气一为介质一,是光疏介质,水是介质二,是光密介质。即当光从光疏介质(空气)射入光密介质(水)时,总是会有折射角,且折射角总是小于入射角或入射角与折射角都=0。当光从光密介质(水)入射到光疏介质(空气)时,如果入射角小于全反射角,则有折射角,且折射角大于入射角。当入射角等于全反射角时,这时折射角等于90度,与介质交接面同面,因此没有折射。入射角大于全反射角时,发生全反射,没有折射。

生活中折射现象

  鱼儿在清澈的水里面游动,可以看得很清楚.然而,沿着你看见鱼的方向去叉它,却叉不到。有经验的渔民都知道,只有瞄准鱼的下方才能把鱼叉到。
  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。
  由于光的折射,游泳池里的水看起来比实际的浅.所以,当你站在岸边,看见清澈见底,深不过齐腰的水时,千万不要贸然下去,以免因为对水深估计不足,惊慌失措,发生危险。
  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。

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,是无法设计好的镜头的。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、玻璃中的缺陷检查,也是可以通过折射来应对的。另外在一些不透明的物体内部的检查(如钢材质量等)检查时,需要利用X等射线进行检查。这并不是利用折射现象,而是利用了X射线的强穿透性。
折射示意图
图2 折射示意图
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