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光学相关知识

点击:         发布日期:2016-01-05
三恩时研发生产的色差仪、光泽度仪、对色灯箱以及透射灯箱都是光学检测仪器。这些仪器之所以可以测量各种产品的色差、光泽、色度、影像清晰度都是由于其内部设计的光学原理,学习光学知识对色差仪、光泽度计、对色灯箱和透射灯箱的使用和分析都是非常有帮助的。本文里我

三恩时研发生产的色差仪、光泽度仪、对色灯箱以及透射灯箱都是光学检测仪器。这些仪器之所以可以测量各种产品的色差、光泽、色度、影像清晰度都是由于其内部设计的光学原理,学习光学知识对色差仪、光泽度计、对色灯箱和透射灯箱的使用和分析都是非常有帮助的。本文里我们就简单的介绍一下相关光学知识和概念。
人们可以看见颜色与光密不可分只有在可见光谱下我们才能通过肉眼看清色彩,一般人眼可以感受的可见光的波长为400nm(紫色)~700nm(红色),可见光谱是所有电磁波谱中的一小部分。
世界上存在着变化万千的颜色,其中红、绿、蓝被称为三原色。红色、绿色、蓝色比例的变化可以生产出多种颜色,三者等量的混合可以再现白色。
补色的概念:从白色中减去颜色X所形成的颜色,称之为颜色X的补色(complementary color)。
  白色-红色red=青色cyan
  白色-绿色green=洋红magenta
  白色-蓝色blue=黄色yellow
白色-红色-绿色-蓝色=黑色
补色特点:当我们使用X补色滤镜时,我们会发现补色对应的原色会被过滤掉。
原色以及所对应补色的名称:

实现颜色再现的两种方式:
原色加法:三原色全部参与叠加形成白色,任意其中两种原色相加形成不参与合成的颜色的补色。

原色减法:三补色全部参与叠加形成黑色,任意其中两种补色相加形成不参与合成的颜色的原色。

在这两种方法中,原色加法比较简单,是由原色叠加而形成的其他颜色,但是在实际生活中这种方式应用比较少;而原色减法是从白色中减去相应的原色形成的其他颜色,就是用补色来叠加形成其他颜色,相对应用场合比较多。
以上我们介绍有关颜色的知识,其实在色差仪、光泽度仪等仪器中对于颜色定义和概念使用并不多,最多还是光学概念,下面我们就光学知识进行简单的解释。
光的直线传播定律:光在均匀介质中是沿直线传播的。
在光泽度仪的研发中费马定律是被最先考虑的,所谓的费马定律是指当一束光线在真空或空气中传播时,有介质A透射到介质B的分界面上时,在一般情况下会被分解成两种光束:反射光线(reflection)和折射光线(refraction)。
反射定律:反射角等于入射角,i(反射角)= i'(入射角)。
镜面表面亮度取决于视点,观察角度不同,表面亮度也不同。这就是为什么现在流通的光泽度仪分为20°、60°、85°、120°等多种角度。

其实光泽度仪的测量原理就是一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做均匀反射,其亮度与视点无关,是个常量。
折射定律:
n1 sin i = n2 sin r
任何介质相对于真空的折射率,称为该介质的绝对折射率,简称折射率(Index of refraction)。公式中n1 和n2 分别表示两种介质的折射率。


 

光之所以会产生折射现象是因为光在不同介质的传播速度不同而引起的,折射率取决于两种不同介质的性质和光的波长。
在理想真空下一种介质的绝对折射率为:
n = c/v (c是真空中光的速度,v为该介质中光的速度)

 

从上式中我们可以看出:在折射率较大的介质中,光的速度比较低;在折射率较小的介质中,光的速度比较高。
光线的衍射:在光的传播过程中,当光线遇到障碍物时,它将偏离直线传播,这就是所谓光的衍射。由于光的波长很短,在日常生活中很难察觉出衍射现象。衍射不仅使物体的几何阴影失去清晰的轮廓,在边缘还会出现一系列明暗相间的亮纹。
相对复杂的光学知识一般在我们色差仪是应用较多,我们都知道色差仪是利用光学原理与颜色检测的光学研发的一种光学颜色检测设备,这种仪器内部结构非常复杂是一款精密仪器。光学理论的应用非常的多。这些我们可以从《色差仪分析原理》中看出。
焦点(focus)
与光轴平行的光线射入凸透镜时,理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后,再以锥状的扩散开来,这个聚集所有光线的一点,就叫做焦点。



弥散圆(circle of confusion)   
在焦点前后,光线开始聚集和扩散,点的影象变成模糊的,形成一个扩大的圆,这个圆就叫做弥散圆。



不同的厂家、不同的胶片面积有不同的容许弥散圆(permissible circle of confusion)直径的数值定义。一般常用的是:

 

 

画幅 24mm x 36mm 6cm x 9cm 4" x 5"
弥散圆直径 0.035mm 0.0817mm 0.146mm

人的肉眼所感受到的影象与放大倍率及观看距离有很大的关系,35mm 照相镜头的容许弥散圆,大约是底片对角线长度的1/1000~1/1500 左右。前提是画面放大为5x7 英寸的照片,观察距离为25~30cm。
景深(depth of field)
在焦点前后各有一个容许弥散圆,呈现在底片面的影象模糊度,都在容许弥散圆的限定范围内。这两个弥散圆之间的距离就叫景深,即:在被摄主体(对焦点)前后,其影像仍然有一段清晰范围的,就是景深。



景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。对于固定焦距和拍摄距离,使用光圈越小,景深越大。





以持照相机拍摄者为基准,从焦点到近处容许弥散圆的的距离叫前景深,从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。
景深的计算

δ 容许弥散圆直径 f 镜头焦距
F 镜头的拍摄光圈值 L 对焦距离
ΔL1 前景深 ΔL2 后景深
ΔL 景深    
 
前景深 ΔL1= (FδL2)/ (f2 + FδL) (1)
后景深 ΔL2= (FδL2)/ (f2 –FδL) (2)
景深 ΔL = ΔL2 + ΔL2 = (2f2FδL2)/ (f4 - F2δ2L2)

从公式(1)和(2)可以看出,后景深> 前景深。
由景深计算公式可以看出,景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。
镜头光圈越大,景深越小;镜头焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大;拍摄距离越近,景深越小。

200/2.8 对焦在5m 时,f/2.8 的景深 200/2.8+2X=400/5.6 对焦在5m 时,f/5.6 的景深
δ 0.035mm δ 0.035mm
f 200mm f 400mm
F 2.8 F 5.6
L 5000mm L 5000mm
ΔL1 60mm ΔL1 30mm
ΔL2 62mm ΔL2 31mm
ΔL 122mm ΔL 61mm
4.94m~5.062m,景深很浅4.47~2.531m

相对于色差仪和光泽度仪这种内部结果比较复杂的仪器来说,对色灯箱和透射灯箱就相对简单很多,他们主要应用的光学原理就是光的色温和波长以及照度,综合这些因素对色比色。
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