光的反射及基本规律

我们周围的物体被光线照射后，物体比较暗的表面吸收的光线多于比较明亮的表面吸收的光线。有些抛光的表面能发出很亮的镜面反射。所有的物体因光线照射的方式不同而显出各自的差别。投射到任何物体表面上的光线，一部分被物体吸收转化成热能，一部分被物体透射形成透射光，一部分被物体表面反射回空间形成反射光。见图2-4。

图2-4

投射光等于被吸收光、透射光和反射光之和。物体对光的吸收、透射和反射的性能与物体透明度、光线投射角度以及物体本身的结构有关。

由于不同的物质表面反光率不相同，在同一照度下就会出现不同的亮度。下面探讨一下表面反射的各种情况。

光学基本定律指出：物体表面对光的反射遵守入射角等于反射角的规律。见图2-5，N为法线方向，∠i=∠r。

图2-5　光的反射

光线能从平整光滑的表面如一面镜子、抛光的金属、平静的水面等准确地反射。当光线垂直射向这个表面时，会直接地反射出去。如果光线以其他角度投向这个表面，就会从法线的另一侧以相同的角度反射出去，即反射角总是等于入射角。

由于物质表面结构的不同，物质对光的反射性质也不同。物质对光的反射形态基本上有三种：即镜面反射、漫反射及半漫反射。

（一）镜面反射

光滑的物体表面产生的反射光呈镜面反射的性质。

1.只有在反射角A点位置上，可以在物体表面上看到光源的影像，其亮度接近于光源强度。在其他方位上（如B和C点上），物体表面呈无光状态。见图2-6。

图2-6

2.反射光束与入射光束相同，不发生性质变化。比如，若入射光是平行光束，则反射光亦为平行光束，不发生形态变化。

（二）漫反射

如果物体表面不是光滑而是粗糙的、不规则的，那么，光线投射上去就不是以一定的角度反射，而是向各个方向散射。这种反射光就叫漫反射光。见图2-7。

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图2-7

1.一束平行光投射到物体粗糙的表面上时，产生的反射光方向发散，改变了原光束的性质。反射光向四面八方杂乱地辐射，没有方向性，是典型的漫反射状态。

2.漫反射光的强度远小于入射光，而且在非反射角度的视点上看，物体表面都很亮。

3.漫反射光的物体表面上看不见光源的影像。

（三）半漫反射

物体的表面介于光滑与粗糙之间，对光的反射也介于二者之间，呈半漫反射（即散射状态）性质。

1.半漫反射光具有一定的方向性，见图2-8，在反射角方向，虽看不到光源的影像，但能看到较淡的亮斑。

2.在非反射角的方位上，也可以看到物体表面的亮光。这种半漫反射的物体表面亮度，在光源条件不变的情况下，从不同方向上看是不相同的。

从光滑到粗糙的所有物体表面，大多数都是直接地反射一部分光线，同时散射其余光线。

图2-8

反射的这些特性在摄影用光上非常重要。当光线照射被摄体时，它们决定着被摄体的形状；在光线到达被摄体之前，它们指导我们控制光线的方法，比如适当地设计和安放灯具和其他反光器材，以达到预期的效果。

有色物体在不同的光源下，颜色是要改变的。这是由于构成各种光源的色光比例不同。物体之所以看起来有颜色，是因为当我们在普通的白光下面观看它们时，它们只反射白光中属于其自身颜色的那部分光谱，而吸收了补色部分（与反射光相加，即为白光）。假如我们在另一光源下观看这个物体，它外表的颜色就会改变。

（四）反射率（反射系数）

反射光亮度与入射光亮度之比定义为某物体的反射率。一般镜面物体反射率接近100%，白卡纸的反射率在90%左右，煤炭的反射率在4%左右。自然界中所有的漫反射系数的平均值大约是18%。鉴于18%反射率的灰是一个特殊的规定，所以反射率高于它的灰色被称为浅灰、亮灰，而反射率低于它的则被称为深灰、暗灰，而它则被称为中灰。

我们应该区分反射率与亮度，反射率是物体本身具有的一个特性，中度灰总是18%的反射率，无论照明如何。然而一个物体的实际亮度值将随着照明的不同而有所不同，照明的强度和光源的方向都会影响一个物体的亮度。对一个给定的光源，前向的照明提供最亮的亮度值。

假定一个反射率是90%的白色立方体，从某一角度对它照射，会形成不同亮度的侧面。无论亮暗，每个面的反射率都是90%，但在我们人眼看来，阴影面比亮面明显暗很多。