是不是天邊的大海是什么歌的歌詞(彩虹色的大海你見過嗎？)

彩虹色的大海你見過嗎？

“大海是什么顏色？”幾乎一切人都市回復(fù)“藍(lán)色”。的確，除了偶爾會被天涯倒映的日出或落霞染上一抹火紅，在天氣明朗的情況下，我們看到的大海都是湛藍(lán)的。

那么對否有什么神奇的“邪術(shù)”，可以讓大海不再展現(xiàn)藍(lán)色，變得如下圖五彩斑斕呢？

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

很多人看到這幅照片的第一反響是，“一定是PS的”。但實(shí)踐上，這并不是依托電腦殊效才干制造出的“假照片”，而是實(shí)真著實(shí)拍攝到的天然征象。不少網(wǎng)友在乘坐飛機(jī)的歷程中，也都以前拍攝到相似的壯麗情形，如下圖。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

但是這并不是什么電腦特技，而是有著堅(jiān)固物理學(xué)原理支持，這就是小編今天為各位先容的“光學(xué)邪術(shù)”——偏振成像。

揭秘偏振成像

我們都曉得，可以把光當(dāng)作一種“波”。我們所說的“波”通常可以分為兩類，一類是“縱波”，指的是局部物質(zhì)振蕩朝向與轉(zhuǎn)達(dá)朝向平行的波，比如我們熟習(xí)的聲波。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

而光波屬于別的一類，“橫波”。用手揮動繩子時(shí)，產(chǎn)生的“繩波”就是典范的橫波。橫波轉(zhuǎn)達(dá)歷程中，物質(zhì)（比如繩波中的質(zhì)點(diǎn)或光波中的電場等）局部振蕩朝向與轉(zhuǎn)達(dá)朝向互相垂直，這個(gè)特別的振蕩朝向，就是橫波的“偏振”朝向。

（圖片為便宜）

橫波的偏振朝向可以經(jīng)過“檢偏器”檢測出來，比如關(guān)于繩波來說，我們可以制造下圖所示的“狹縫”來檢測偏振朝向。當(dāng)“檢偏器”朝向（即狹縫朝向）與繩波偏振朝向一律時(shí)，繩波可以很順?biāo)斓慕?jīng)過；但“檢偏器”朝向與繩波朝向互相垂直時(shí)，繩波無法經(jīng)過。光學(xué)上也有相似的“檢偏器”，叫做“偏振鏡”，可以讓特定偏振朝向的光波經(jīng)過，只是原理會繁復(fù)一些，但后果上與檢測繩波振動朝向的狹縫是一樣的。

（圖片為便宜）

我們在影戲院看3D影戲時(shí)，事情職員會給我們一副“大墨鏡”，但是就是偏振鏡。支配兩片鏡片允許經(jīng)過的光的偏振朝向恰好互相垂直，云云一來，支配眼就可以分散看到不同的圖像，產(chǎn)生劇烈的平面感了。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

并不奧秘的海面光反射

日凡人眼看到的光，如太陽光，各個(gè)朝向上偏振的光強(qiáng)基本一律，沒有分明的偏振朝向，我們稱為“天然光”。水面臨太陽光的反射有一定的偏振選擇性，某些偏振朝向反射的多，某些偏振朝向反射的少，廣袤海面反射的太陽光就會成為局部偏振光（此歷程可以經(jīng)過菲涅爾方程舉行嚴(yán)厲定量盤算）。為了便利各位了解，我們可以將各個(gè)偏振朝向依照光強(qiáng)畫成不同長度的箭頭，原本的“天然光”各個(gè)偏振朝向光強(qiáng)相稱，可以表現(xiàn)為“圓形”；反射的局部偏振光中有些朝向光強(qiáng)較強(qiáng)，有些朝向光強(qiáng)較弱，可以表現(xiàn)為“橢圓形”，就如下圖所示。

（圖片為便宜）

關(guān)于水面反射的局部偏振光，當(dāng)“檢偏器”朝向與反射率更高的偏振朝向一律時(shí)（比如上圖中反射光橢圓的誰人“長軸”朝向），反射光可以最大限制地經(jīng)過，反之則會被最大水平減少。比如在景色拍照中，為了可以變小水面反射光的干擾、更明晰地拍攝水底，拍照師屢屢會攜帶一塊“偏振鏡”，存心把朝向旋轉(zhuǎn)到反射的局部偏振光的“短軸”朝向，古跡般地過濾掉水面的反射光。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

更故意思的是，由于海水存在一定的色散（折射率在不同波長有差別），即使是在占主導(dǎo)的偏振朝向上，不同波長光的反射率也會存在一定差別，反射率最高的誰人波長會成為“主波長”（Dominant Wavelength）。隨著入射光角度i的厘革，主波長也會產(chǎn)生偏移。上世紀(jì)六十年代，就有學(xué)者以地中海為例，研討了20℃情況下反射光主波長隨著入射角厘革曲線。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

使用裝備偏振鏡的相機(jī)舉行拍攝時(shí)，假如反其道而行之，旋轉(zhuǎn)調(diào)停偏振鏡朝向，可以最大水平減少其他光源，讓水面的反射光最大水平進(jìn)入拍照體系（將偏振鏡朝向旋轉(zhuǎn)至橢圓“長軸”朝向）。從外表的曲線圖可以看出，反射光中的主波長會隨著入射角度的厘革而厘革，不同主波長則對應(yīng)著不同的顏色。廣袤海面上展現(xiàn)夢境般五彩斑斕情形，就是這個(gè)原理。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

偏振成像用處大

偏振成像是一種光學(xué)中常用的武藝伎倆，用來探測平凡相機(jī)難以發(fā)覺的物理征象。

比如在遙感武藝中，由于不同植物葉片、不同礦物等會展現(xiàn)不同的偏振特性，因此可以經(jīng)過偏振遙感武藝對植物品種、長勢舉行大范圍觀察，也可以舉行幫助礦物勘探等。

天文學(xué)中偏振成像也十分緊張，比如太陽大氣的丈量。太陽大氣會在磁場作用下產(chǎn)生光譜崩潰，其譜線偏振態(tài)就與磁場強(qiáng)度直接干系，因此可以使用偏振成像武藝對太陽大氣舉行高精度及時(shí)磁場丈量。中科院光電武藝研討所邇來剛剛研制告捷的我國首套2米級太陽望遠(yuǎn)鏡，就在使用這項(xiàng)武藝舉行緊張研討事情。

再好比很多純透質(zhì)料——如玻璃、塑料等——在冷卻成型歷程中會產(chǎn)生應(yīng)力，一些特定地點(diǎn)則會顯現(xiàn)較強(qiáng)的應(yīng)力積累，這也將會是質(zhì)料最脆弱的場合。但由于質(zhì)料本身是純透的，以是難以直接察看。而應(yīng)力會改動質(zhì)料的偏振特性，因此經(jīng)過偏振成像可以便利地察看器件的應(yīng)力分布，如下圖中美麗條紋厘革越劇烈的地點(diǎn)，代表應(yīng)力積累越嚴(yán)峻。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

再舉個(gè)例子來直觀分析一下偏振成像的威力吧。生存中我們偶爾會聽到石油泄漏的訊息，訊息的配圖屢屢是大片大片黑乎乎的石油浮在水面上，這給我們形成了一種錯(cuò)覺，仿佛石油浮在水面上好壞常容易發(fā)覺的事變。實(shí)踐上，這是泄漏十分嚴(yán)峻才會顯現(xiàn)的情形，當(dāng)石油管道或儲油罐剛開頭產(chǎn)生泄漏時(shí)，只會在水面上漂泊薄薄的一層油膜，僅依靠視察覺看是很難發(fā)覺的。但由于油和水反射光的偏振特性相去甚遠(yuǎn)，因此有了偏振成像武藝，哪怕只是薄薄的油層，也可以很快發(fā)覺。下圖就是一個(gè)演示實(shí)行[正文3]，比力厚的油層（左側(cè)）在平凡察看下就很顯眼，而右側(cè)較薄的油層幾乎看不到；但無論油層是厚是薄，在偏振相機(jī)中，都體現(xiàn)為分明的玄色。

（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

送你5個(gè)小tips，把大海拍的五彩斑斕

水面反射產(chǎn)生的局部偏振光中，固然存在反射率最高的“主波長”，但其反射率比其他波長高不了幾多，只是一種十分單薄的占優(yōu)效應(yīng)，這點(diǎn)上風(fēng)很容易被情況中其他光源遮掩。以是即使主波長隨角度厘革是客觀存在的物理征象，但察看到這種征象也并不容易。要想拍攝到五彩斑斕海面，捕捉這種物理征象，必要具有如下的幾大要素：

起首，天氣明朗。明朗天氣下太陽光源富裕，并且基本可以視作平行光。

第二，要對盡力大的范圍舉行拍攝。假如是小范圍水面，那么水面稍微動搖等情況影響會遠(yuǎn)宏大于反射光中主波長的影響。而對大范圍海面拍攝時(shí)，則會展現(xiàn)相對均勻化的后果，變小其他要素干擾。從飛機(jī)上舉行拍攝，就是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

第三，拍攝時(shí)太陽高度要在25°-60°之間，最好位于30°-55°之間。

第四，為相機(jī)裝備偏振鏡。

第五，運(yùn)氣要充足好。就算萬事俱備，但海面忽然起了奇異的風(fēng)，掀起了白色浪花，或是目標(biāo)拍攝地點(diǎn)忽然飄來了大塊云朵，那就中途而廢了。

參考文獻(xiàn)：

1. Pandolfo J. Polarization of sunlight reflected from the sea surface[J]. Journal of Geophysical Research, 1962, 67(11): 4303-4307.

2. Chenault D B, Vaden J, Mitchell D, et al. New IR polarimeter for improved detection of oil on water[J]. SPIE Newsroom, 2018.

原標(biāo)題：讓大海變得五彩斑斕的“光學(xué)邪術(shù)”丨流光E彩