「基礎」光、物體和顏色

2021-01-09 悅文天下

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要了解物體顏色,必須了解物體與光的作用。

根據物體與光的作用及幾何分布的不同,可以將物體分為4類:

1.不透明非金屬:主要產生漫反射光

2.金屬表面:主要產生鏡面反射光

3.半透明物體:主要產生漫透射光

4.透明物體:主要產生規則透射光

知道這些有什麼用呢?要知道,我們看到的所謂物體的外貌可以分為兩個部分:

一是它的顏色特性;二是反應物體表面光的空間分布的幾何特性。

顏色特性一般用三個變量表示,如:明度、色調、彩度 或L*,a*,b* 或L*,C*,h°等;可以用分光測色儀測量物體表面光獲得。要更好的捕捉這個特性,就需要知道哪一部分光代表了物體的顏色。

而幾何特性就不能只用幾個量來表示了,非常複雜,只能對於不同特徵用不同方法測定,如:光澤度、霧度、閃爍度、濁度等等。

對於非金屬物體,光照到其上面後會發生四種主要作用:

發生鏡面反射(Specular reflection),也稱規則反射(Regular reflection),產生光澤;在物體內部的散射(Scattering),在光源側為漫反射(Diffuse reflection)和另一側的為漫透射(Diffuse transmission)。物體內部的吸收(absorption),這是顏色產生的原因直接透過物體的規則透射(Regular transmission),產生透明度

以上面物體為例,一個紅色半透明非金屬薄片,當光照射到物體表面(這裡以光譜漸變表示白色光),一小部分光不會進入物體內部,這部分光的多少取決於物體表面的光滑程度、入射角度和材料的折射率。

如果表面光滑,則這部分光為鏡面反射(規則反射),體現為物體的光澤;

如果表面粗糙,則這部分光隨粗糙面變化被散到許多方向,與漫反射光混合,表現為物體亮度提高、顏色飽和度降低。

但無論如何,這部分反射光的顏色為光源本身的顏色(如圖依然用光譜漸變表示)。

入射光的大部分進入物體內部,並與顏料相遇,發生吸收、反射和折射,形成散射光線和吸收後光線,其大部分光經由光源一側返回到空氣中,稱為漫反射光,另外一側進入空氣的光為漫透射光。

該漫反射光和漫透射光均有光譜選擇性,表現為物體的顏色紅色。

如果物體為透明的,則主要為規則透射光,因為物體選擇吸收而光譜組成發生變化,透過的光會產生物體的顏色。

如果物體是不透明非金屬則如下,漫反射光產生物體顏色:

而金屬表面則不同,與非金屬材料相比,有很高的表面光反射比,有更多的鏡面光;進入物體內部的光很少,可忽略不計。金屬表面有很強烈的吸收作用,微米級的金屬薄片就可以吸收入射光的99%,而玻璃需要10cm才能吸收入射光的10%。因此金屬材料的鏡面反射光具有顏色,金屬材料的顏色特性是由鏡面反射光產生的。而非金屬材料,如前面所論述,其鏡面光是沒有顏色的。

總結:

不透明非金屬,漫反射光產生顏色半透明非金屬,漫反射和漫透射光產生顏色透明材料,規則透射光產生顏色金屬表面,鏡面光產生顏色

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