확산 반사

Diffuse reflection
하전 입자의 반사는 거친 표면에서 산란을 참조하십시오.
광택이 [1]나는 표면에서 확산 및 반사.광선은 이상적인 확산 반사기의 램버트의 코사인 법칙에 따라 변화하는 발광 강도를 나타낸다.

확산반사란 표면에 입사한 광선이 거울반사의 경우처럼 한 각도가 아닌 여러 각도로 산란되도록 표면에서 빛이나 다른 파동 또는 입자를 반사하는 것이다.이상적인 확산 반사면은 램버트 반사를 나타내는 것으로 알려져 있으며, 이는 표면에 인접한 반공간에 놓여 있는 모든 방향에서 보았을 때 동일한 휘도가 있음을 의미한다.

석고 등의 비흡수성 분말이나 종이 등의 섬유 또는 백색 대리석 등의 다결정성 재료로 이루어진 표면은 빛을 매우 효율적으로 확산시켜 반사한다.많은 일반적인 재료는 경반사와 확산반사가 혼합되어 있습니다.

빛을 내는 물체를 제외한 물체의 가시성은 주로 빛의 확산 반사에 의해 발생합니다. 즉, 관찰자의 눈에 있는 물체의 이미지를 형성하는 확산 산란된 빛입니다.

메커니즘

그림 1 – 고체 표면에 의한 확산 반사의 일반적인 메커니즘(굴절 현상은 나타내지 않음)
그림 2 – 불규칙한 표면으로부터의 확산 반사

고체로부터의 확산 반사는 일반적으로 표면 거칠기에 의한 것이 아니다.경사반사를 하기 위해서는 평평한 표면이 실제로 필요하지만 확산반사를 방지하지는 않는다.고도로 광택이 나는 하얀 대리석 조각은 하얗게 남아 있기 때문에 아무리 광택을 내도 거울이 될 수 없습니다.연마하면 약간의 반사 현상이 발생하지만, 나머지 빛은 계속 확산 반사됩니다.

표면이 확산 반사를 주는 가장 일반적인 메커니즘은 정확히 표면을 포함하지 않는다. 대부분의 빛은 그림 1과 같이 [2][3]표면 아래의 산란 중심에서 발생한다.만약 그 그림이 눈을 나타내고 다각형들이 그 (투명한) 얼음 결정체라고 상상한다면, 충돌하는 광선은 첫 번째 입자에 의해 부분적으로 반사되고(몇 퍼센트), 두 번째 입자와의 계면에 다시 반사되어 세 번째 입자와 충돌하고, 계속해서 일련의 "주요"를 생성한다.임의 방향으로 산란된 광선은 동일한 메커니즘을 통해 다수의 "2차" 산란 광선을 생성하며, 이는 "2차" 광선을 생성하며,[4] "2차" 광선 등을 생성한다.이 모든 광선들은 빛을 흡수하지 않는 눈의 결정체를 지나 지표면에 도착하고 임의의 [5]방향으로 빠져나간다.그 결과 나온 빛이 사방으로 되돌아와 투명한 물질(얼음 결정)로 만들어졌는데도 눈이 하얗게 된다.

단순성을 위해 여기서 '반사'라고 하는데, 보다 일반적으로 많은 물질을 구성하는 작은 입자들 사이의 계면은 빛의 파장에 필적하는 스케일로 불규칙하기 때문에 하나의 반사광이 아니라 각 계면에서 확산광이 발생하지만, 이야기는 같은 방식으로 전달될 수 있다.

이 메커니즘은 매우 일반적입니다. 왜냐하면 거의 모든 일반적인 재료는 함께 고정된 "작은 것"으로 만들어지기 때문입니다.광물 재료는 일반적으로 다결정질입니다. 작고 불규칙한 모양의 결손 결정으로 이루어진 3D 모자이크라고 설명할 수 있습니다.유기물질은 보통 섬유나 세포로 구성되며, 세포막과 복잡한 내부구조가 있습니다.또, 각 인터페이스에서는, 불균일성이나 불완전성이 어긋나거나 반사하거나 빛을 산란시켜, 상기의 메카니즘을 재현할 수 있습니다.

확산 반사를 일으키지 않는 재료는 거의 없다: 이것들 중에는 빛이 들어오지 못하게 하는 금속, 가스, 액체, 유리, 투명한 플라스틱(액체와 같은 미세한 구조를 가진 것), 보석이나 소금 결정과 같은 단결정, 그리고 각막과 각막을 만드는 조직과 같은 매우 특별한 물질들이 있다.눈의 수정체그러나 이러한 물질은 표면이 프로스트 유리(그림 2)처럼 현미경으로 거칠거나(물론 눈 수정체의 백내장과 같이 균질 구조가 악화되는 경우) 확산 반사될 수 있다.

표면은 예를 들어 홈 페인트에 사용되는 광택 페인트의 경우와 같이 경면 반사와 확산 반사를 모두 나타낼 수 있으며, 반면 무광 페인트는 거의 독점적으로 확산 반사를 일으킨다.

광파장(마이크로미터의 일부)에 필적하는 불규칙성을 제거하기 위해 표면을 연마할 수 있다면 대부분의 재료는 어느 정도 반사될 수 있습니다.재료와 표면 거칠기에 따라 반사는 대부분 경면, 대부분 확산 또는 그 사이의 어느 곳에서도 발생할 수 있습니다.액체나 유리잔과 같은 일부 재료는 위에서 설명한 지표면 산란 메커니즘을 생성하는 내부 세분화가 결여되어 있기 때문에 반사만을 일으킨다.일반적인 재료 중 광택이 나는 금속만이 거울에 사용되는 알루미늄이나 은과 같이 특히 높은 효율로 빛을 반사할 수 있다.다른 모든 일반적인 재료는, 완벽하게 연마되어도, 호수에 의한 방목각 반사, 유리 프리즘의 전체 반사, 또는 많은 어종의 은빛 피부 또는 반사체와 같은 특정한 복잡한 구성으로 구조화된 경우를 제외하고, 보통 몇 퍼센트 이하의 반사율을 준다.유전체 거울의 표면.확산 반사는 많은 표면 아래 반사의 합으로 인해 백색 재료와 같이 매우 효율적일 수 있습니다.

색칠된 개체

지금까지는 빛을 흡수하지 않는 흰색 물체에 대해 논의해 왔습니다.그러나 상기 계획은 소재가 흡수성이 있는 경우에도 계속 유효하다.이 경우, 확산된 광선은 물질 내에서 걷는 동안 파장이 일부 손실되어 색상으로 나타납니다.

확산은 물질 내 빛의 평균 경로를 결정하여 다양한 파장이 [6]흡수되는 정도를 결정하기 때문에 물체의 색상에 큰 영향을 미칩니다.빨간색 잉크는 병에 남아있을 때 검게 보입니다.선명한 색상은 산란 재료(예: 종이) 위에 올려놓았을 때만 인식됩니다.이것은 종이 섬유를 통과하는 빛의 경로가 밀리미터의 극히 일부이기 때문입니다.하지만, 병의 빛은 수 센티미터의 잉크를 통과했고 심지어 그것의 붉은 파장에서도 심하게 흡수되었다.

또, 착색 물체가 확산 반사 및 경반사를 모두 가지는 경우는, 통상, 확산 성분만이 착색된다.체리는 확산되는 붉은 빛을 반사하고, 다른 모든 색을 흡수하며, 기본적으로 흰색인 반사경을 가지고 있습니다(입사광이 흰색인 경우).금속을 제외한 대부분의 물질의 반사율은 파장에 따라 거의 달라지지 않는 굴절률에 의존하기 때문에(프리즘의 색분산을 일으키는 것은 이 변화이지만) 모든 색이 거의 같은 강도로 반사되기 때문입니다.

비전의 중요성

눈에 보이는 물체의 대부분은 [7][8]표면으로부터의 확산 반사에 의해 주로 보입니다.단, 표면이 광택이 나는 물체(특히 반사되는 물체)와 그 자체가 빛을 내는 물체는 예외입니다.레일리 산란은 하늘의 푸른색을, 미에 산란은 구름에 있는 물방울의 하얀색을 담당한다.

상호반사

확산 상호반사는 물체에서 반사된 빛이 주변의 다른 물체에 부딪혀 빛을 내는 과정이다.확산 상호반사(diffuse interreflect)는 빛나지 않거나 경사가 없는 물체에서 반사되는 빛을 구체적으로 나타냅니다.실생활에서 이것은 빛이 지면, 벽 또는 직물과 같은 빛나지 않는 표면에서 반사되어 광원이 직접 보이지 않는 영역에 도달한다는 것을 의미한다.확산면이 착색되면 반사광도 착색되어 주변 물체의 착색도 비슷해진다.

3D 컴퓨터 그래픽스에서 확산 상호반사는 글로벌 조명의 중요한 구성요소입니다.씬(scene)을 렌더링할 때 확산 상호반사를 모델링하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.방사성과 광자 매핑은 일반적으로 사용되는 두 가지 방법입니다.

분광학

확산 반사율 분광법은 투과 분광법이 가능하지 않은 경우 분말 시료의 흡수 스펙트럼을 결정하기 위해 사용할 수 있다.이는 UV-Vis-NIR 분광법 또는 중적외선 [9][10]분광법에 적용된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Scott M. Juds (1988). Photoelectric sensors and controls: selection and application. CRC Press. p. 29. ISBN 978-0-8247-7886-6. Archived from the original on 2018-01-14.
  2. ^ P.Hanrahan과 W.Krueger(1993), SIGGRAPH '93 Proceedings, J. T. Kajiya, Ed., vol. 27, 165–174 Wayback Machine에 보관된 2010-07-27.
  3. ^ H.W. 젠슨 외(2001), 'ACM SIGGRAPH 2001의 진행', 페이지 511-518 Wayback Machine에 보관된 2010-07-27의 지표면 경운송 실용 모델
  4. ^ 그림에는 1차 및 2차 광선만 표시됩니다.
  5. ^ 또는 물체가 얇으면 반대쪽 표면에서 나와 확산된 빛을 낼 수 있다.
  6. ^ Paul Kubelka, Franz Munk(1931), Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche, Zeits.기술. Physik, 12, 593–601 웨이백 머신에서 Kubelka-Munk 반사 이론 아카이브 2011-07-17 참조
  7. ^ Kerker, M. (1969). The Scattering of Light. New York: Academic.
  8. ^ Mandelstam, L.I. (1926). "Light Scattering by Inhomogeneous Media". Zh. Russ. Fiz-Khim. Ova. 58: 381.
  9. ^ Fuller, Michael P.; Griffiths, Peter R. (1978). "Diffuse reflectance measurements by infrared Fourier transform spectrometry". Analytical Chemistry. 50 (13): 1906–1910. doi:10.1021/ac50035a045. ISSN 0003-2700.
  10. ^ Kortüm, Gustav (1969). Reflectance spectroscopy Principles, methods, applications. Berlin: Springer. ISBN 9783642880711. OCLC 714802320.