偏振現(xiàn)象在攝影技術(shù)中的應(yīng)用

1、偏振現(xiàn)象在攝影技術(shù)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、了解自然光、偏振光的概念。2、驗(yàn)證馬呂斯定律。3、了解界面反射光的偏振性及布儒斯特定律。4、了解偏振現(xiàn)象在攝影技術(shù)中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)原理1、自然光與偏振光波有兩類，一類其媒質(zhì)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同，稱為縱波，如聲波；另一類其相應(yīng)量的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，稱為橫波，如電磁波。光是一種電磁波，一般將對(duì)眼睛起主要感觀作用的電場振動(dòng)方向作為光波振動(dòng)方向，光是橫波，所以它的振動(dòng)是有極性的。在與傳播方向垂直的平面上，它可沿任一方向振動(dòng)。如果一束光線都在同一方向振動(dòng)，稱為線偏振光，如圖(a)所示，如果電場只是在某一確定方向上的振動(dòng)比其他方向的振動(dòng)大，則稱部分偏

2、振光，如圖(b)所示，一般光源發(fā)出的光不是偏振光，其電場的振動(dòng)沿各個(gè)方向完全相同，如圖(c)所示，這樣特征的光稱為自然光。它可以分解為方向相互垂直.振幅相等，但取向可以任意的兩個(gè)線偏振光。 2、馬呂斯定律普通光源發(fā)出的光是自然光，但通過許多途徑可以由自然光得到線偏振光，方法以之一就是使用偏振片。偏振片通常由各向異性的透明介質(zhì)制成，這種介質(zhì)能強(qiáng)烈吸收入射光在某方向上的電振動(dòng)，從而使自然光變成線偏振光。偏振片中允許電振動(dòng)通過的方向稱偏振化方向。當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，垂直于偏振化方向振動(dòng)的光被完全吸收，透射出的光的振動(dòng)方向與偏振化方向平行，為線偏振光，其光能量為入射自然光的一半。P1P2P1P2

3、E圖（2）所示，在垂直于自然光傳播路徑上，放置兩個(gè)偏振片P1、P2，其偏振化方向之間的夾角為。 圖（2）當(dāng)自然光通過P1后，變成電振動(dòng)方向與P一致的線偏振光，設(shè)其振幅為E。當(dāng)此線偏振光穿過P2時(shí)，僅與P平行的分量Ecos通過，垂直分量ESin則被吸收，變成電振動(dòng)與P2偏振化方向平行的線偏振光。而光強(qiáng)（光的能量）與振幅的平方正比。設(shè)自然光的光強(qiáng)為I。則穿過P1光強(qiáng)為，穿過P2的光強(qiáng)為，這里。注意：穿過P1的光強(qiáng)為，這就是馬呂斯定律。3、布儒斯特定律自然光入射到兩種不同的各向同性透明介質(zhì)的分界面上時(shí)，要發(fā)生反射與折射，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，反射光和折射光一般都是部分偏振光。通常將入射光線與界面法線（圖(3)中

4、為紙面）所確定的平面稱為入射面。入射的自然光可用兩個(gè)相互垂直，振幅相等的線偏振光表示；一個(gè)電振動(dòng)方向與入射面平行，其振幅用Ep表示：一個(gè)電振動(dòng)方向與入射面垂直，其振幅用Es表示。n1n2圖（3）由實(shí)驗(yàn)可知，入射角i等于反射角，反射光中Es（垂直分量）大于Ep（平行分量）。當(dāng)入射角i滿足時(shí)，Ep=0，注意此時(shí)反身光中只有垂直于入射面的光振動(dòng)，折射光仍為部分偏振光。4、偏振現(xiàn)象在攝影技術(shù)中的應(yīng)用攝像離不開光線，一般情況下，自然光在各個(gè)方向上的振動(dòng)是均勻分布的。但當(dāng)被攝物為非金屬且有光滑表面的時(shí)候，在一定的自然光照射角度下，其反射光除自然光外，還有部分偏振光。當(dāng)含有自然光和偏振光的光線通過攝像機(jī)的鏡

5、頭進(jìn)入攝像機(jī)形成影像后，很多時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)由偏振光形成的眩光破壞了畫面的完善性。玻璃表面的反射光，使我們拍攝不到玻璃櫥窗里面的東西；水面的反射使我們拍攝不清水中的物體，樹葉表面的反射使拍攝后的樹葉像發(fā)白等。為了在不同自然條件下拍到理想的或具有藝術(shù)效果的照片，可以在照相機(jī)前加偏振鏡。根據(jù)布儒斯特定律，自然光經(jīng)水面反射后為部分偏振光，而在布儒斯特角時(shí)，（n2=1.33，n1=1），為線偏振光。如圖（4）所示，在相機(jī)的鏡頭前加上偏振鏡，攝影者在岸上將相機(jī)以53左右對(duì)準(zhǔn)水面，旋轉(zhuǎn)偏振鏡，使其振化方向與反射光的振動(dòng)垂直拍攝，（此時(shí)在取景器中看到水中的物體最清楚），則可以大大減少反射偏振光的影響，拍到清晰的水

6、下物體。圖（4）實(shí)驗(yàn)儀器S-光源，氦氖激光器P1，P2偏振片D光電轉(zhuǎn)換器件，將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)G光電流放大器，記錄顯示光電流大小數(shù)碼相機(jī)，塑料（或瓷）臉盆，小電池，樹葉，角度尺實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、驗(yàn)證馬呂斯定律（1）如圖（5）安置好各光學(xué)儀器，各儀器中心應(yīng)調(diào)節(jié)到同一水平軸。P1P2SDG圖（5）（2）校正值的測(cè)定當(dāng)P1P2時(shí)，理論上為消光狀態(tài)，電流值i=0，但實(shí)際中有雜散光及儀器誤差，使得P1與P2夾角時(shí)，i0，實(shí)際值為測(cè)量值減去校正值。（3）根據(jù)，從=0開始，每隔=20，至=360，完成表1。02040360I表12、利用所學(xué)知識(shí)，消除反射偏振光在攝像時(shí)的影響。（1）將一對(duì)電池放入裝滿水的臉盆中，用數(shù)碼相機(jī)拍攝其圖片。（2）將相機(jī)以53°方位對(duì)準(zhǔn)電池，將偏振片擋在鏡頭前，轉(zhuǎn)動(dòng)其偏振化方向使之與反射光振動(dòng)方向垂直（此時(shí)取景窗中圖像最清晰）。再次拍攝電池，并與（1）比較。（3）將煙盒放置在光滑桌面上，用相機(jī)拍攝其圖片。（4）仔細(xì)凋節(jié)照相機(jī)的方位及偏振片的偏振化方向后再次拍攝煙盒 圖片，可以減少桌面反射光的影響。 5在自然條件下拍攝植物，仔細(xì)凋節(jié)照相機(jī)的方位及偏振片的偏振化方向后再次拍攝植物。數(shù)據(jù)處理1、