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机器视觉之硬件之光学知识

注:本博文用于光学知识记录,包括光的基础知识和后续的打光知识,会不定时补充更新,转载请保留原文链接。(本博客内容来源主要是百度得到的基础知识和自己日常工作中得到的经验知识,其中百度的内容大部分都标明了出处,如果涉及到侵权,请联系作者删除。)https://blog.csdn.net/baidu_36363174/article/details/105862231

1 光在同种均匀介质中沿直线传播

2 光从一种均匀介质传播到另一种均匀介质,在二者的分界面上,会发生反射和折射。

3 对于光的反射,反射角等于入射角,且分别位于法线的两侧。而法线是垂直于入射的平面的。

4 光路是可逆的。即沿着反射角射入光线,光会从之前的入射角反射出来。

5 镜面反射:1 反射面是光滑的 2入射光线是平行光线,反射光线也是平行光线。

6 漫反射: 1 反射面是粗糙的 2 入射光线是平行光线,反射光线不是平行光线。

7 光是一种电磁波,也有粒子属性,是由微小的能量粒子,也就是量子组成,并且可以像单个的粒子那样运动。

8 可见光的波长范围在390-770nm左右。波长不同的电磁波,引起人眼的颜色感觉不同。390-455nm左右人感觉为紫色;455-492nm左右人感觉为蓝靛色;492-577nm左右人感觉为绿色;577-597nm左右人感觉为黄色;597-622nm左右人感觉为橙色;622-770nm左右人感觉为红色。

| 波段nm | 颜色 |

|622-770左右 | 红色 |

|597-622左右 | 橙色 |

|577-597左右 | 黄色 |

|492-577左右 | 绿色 |

|480-492左右 | 青色 |

|455-480左右 | 蓝色 |

|390-455左右 | 紫色 |

9 人眼感知颜色靠的是视锥细胞,视锥细胞分为三种,它们分别对不同波长的电磁波敏感,即对不同波长的电磁波的感受不一样,然后它们把自己的反馈传给大脑,大脑综合这些反馈,形成一种感受——那就是颜色。

10 E=hc/λ 。 E为能量;h为普朗克常量,c为光速,λ为波长。可见,波长越长,能量越弱。

11 数码相机将光信号转换为电信号,光越强,电信号越强,灰度值越大。

12 彩色图:如下,一块滤光板,上面分别分布有RGB三种滤光点,每种滤光点只能通过该种颜色的波长。每个滤光点周围有规律地分布其他颜色的滤光点,那么就有可能结合它们的值,判断出光线本来的颜色。以黄光为例,它由红光和绿光混合而成,那么通过滤光层以后,红点和绿点下面的像素都会有值,但是蓝点下面的像素没有值,因此看一个像素周围的颜色分布有红色和绿色,但是没有蓝色-就可以推测出来这个像素点的本来颜色应该是黄色。——这一段摘自网上的https://bbs.huaweicloud.com/blogs/113407

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13 滤光点/滤光片原理:该物体拥有反射或吸收某些波段的光,而通过特定的波段的光的特性。

14 光强度:数量——单位时间单位截面上的光子数越多,光越强。强度——对于单个光子,光的能量 E=hc/λ,光的动量p=E /c,h为普朗克常量,c为光速,λ为波长。可见波长越大,能量越低,动量越小,光压越小。【现实生活中的光强主要是靠光子数量,而光子数量主要还是看发光物体。】

15 发光物体发光原理:光源发出光,是因为光源中电子获得额外能量。如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道,电子就会进行加速运动,并以波的形式释放能量。如果跃迁之后刚好填补了所在轨道的空位,从激发态到达稳定态,电子就不动了。否则电子会再次跃迁回之前的轨道,并且以波的形式释放能量。——来源于百度知道。

16 金属表面反光能力:金属的电结构对自由电子几乎没有束缚力,自由电子可以自由穿越。采用经典的电磁理论求解电子在金属中的运动方程可以知道,对不同波长的光辐射,存在一个临界波长辐射,当波长小于临界波长时,金属具有透明电介质的光学性质,而大于临界波长时,则几乎完全不透明。

对大部分金属而言,临界波长在紫外区,因此在可见光和红外辐射波段,金属具有强烈的反射辐射特性。

银的临知界波长约330nm,对波长在400nm以上的光的反射率都约98%,所以镀银的镜子成像效果最佳。

铝的临界波长小于200nm,对波长在200nm~500nm的光的反射率都约94%,之后之800nm较降低,道然后再上升至约97%。所以镀铝的镜子成像效果不如镀银,但价位低,性价比高。所以铝和银都呈现银白色。

铜的临界波长约600nm,对波长在600nm以上的光的反射率都约97%。对波长在280nm~600nm的光的反射率约从35%到70%线性变化,所示呈现铜红色。——来源于百度知道。

17 互补色/对比色/色环:色环图像参考如下,分别为12色环和24色环(——图像来自百度图像搜索)。光学中的互补色有红色与青色(水蓝色)互补,蓝色与橙黄色互补,黄绿色与蓝紫色互补,青绿色与品红色互补。在光学中,两种色光以适当的比例混合而能产生白光时,则这两种颜色就称为“互为补色”(一般情况下二者在色环上呈大约180度分布)。对比色是人的视觉感官所产生的一种生理现象,是视网膜对色彩的平衡作用。指在24色相环上相距120度到180 度之间的两种颜色,称为对比色(或者定义为两种可以明显区分的色彩,叫对比色。包括色相对比、明度对比、饱和度对比、冷暖对比、补色对比、色彩和消色的对比等)。

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18 光谱响应:指芯片对于不同光波长光线的响应能力,通常用光谱响应曲线给出。

19 (1)直射光 主要来自于一个方向的光,可以在亮色和暗色阴影之间产生相对高的对比度图像。(2)漫射光(扩散光)各种角度的光源混合在一起的光。日常的生活用光几乎都是扩散光。(3)偏振光 在垂直于传播方向的平面内,光矢量只沿某一个固定方向振动的光。通常是利用偏光板(片)来防止特定方向的反射。(4)平行光 照射角度一致的光。太阳光就是平行光。发光角度越窄的LED直射光越接近平行光。(—来自于百度知道)

20 因为波速近乎相同,波长越短,则频率越高,能量越大,穿透能力越大。穿透力一般应该理解为透射率,透射率与吸收率是互补的,二者之和应为1。也就是说,电磁波入射到某种材料上的透射率高,是因为这种材料对此波段的电磁波吸收率小。决定吸收率大小的是组成这种物质的原子道或分子本身存在的能级差。——来源于百度知道。

21 光的反射/折射/吸收/发射:①光的吸收是光(电磁辐射)通过材料时,与材料发生相互作用,电磁辐射能量被部分地转化为其他能量形式的物理过程。

当被吸收的光能量以热能的形式被释放(会有光发射出来),即形成了光热转化;当未被吸收的光能量被物体反射、散射或透射,便影响着我们看到的物体的色彩。②当光透射(射向)固体时,可能被反射、吸收或透过。可以用吸收率A、反射率R和透过率T来表示它们之间的关系:A+R+T=1。 

22 不同波段金属的光的反射率:

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23 所谓的“穿透能力”一般指的是红外线或者更高频的电磁波,在体现波粒二相性(可以学习下量子力学里的波粒二相性)的粒子性时,强行透过不透明物体的能力。鼠标电磁波基本无法体现粒子性,完全体现的是波动性。波动性前提下,这个穿透力的定义,就不太使用了。——来自于百度知道

24 光的衍射:光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象,叫光的衍射。

25 光波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何光学中直线传播定律的现象。几何光学表明,光在均匀媒质中按直线定律传播,光在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。但是,光是一种电磁波,当一束光通过有孔的屏障以后,其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内,也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹 。总之,衍射效应使得障碍物后空间的光强分布既区别于几何光学给出的光强分布,又区别于光波自由传播时的光强分布,衍射光强有了一种重新分布。衍射使得一切几何影界失去了明锐的边缘。意大利物理学家和天文学家F.M.格里马尔迪在17世纪首先精确地描述了光的衍射现象,150年以后,法国物理学家A.-J.菲涅耳于19世纪最早阐明了这一现象。——百度百科

26 光的衍射和干涉 :衍射:光线照射到物体边沿后通过散射继续在空间发射的现象。干涉:为两波重叠时组成新合成波的现象。

27 LED灯珠角度:精密测量的话需要有专用设备,发光角度有三大类:(1)高指向性。一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。发光角度5°-20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。(2)标准型。通常作指示灯用,其发光角度为20°-45°。(3)散射型。这是视角较大的指示灯,发光角度为45°-90°或更大,散射剂的量较大。——百度知道

*待补充

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