一、反射率及透射率
一束光線投射到一個不透明的物體上，將有一部分光被反射，余下的光將被物體表面吸收。
反射光通量與入射光通量的百分比不受光通量大小的影響。設(shè)入射光通量為φ0、反射光通量為φr，對于一定的測量表面和規(guī)定的入射角度，入射光通量和反射光通量時比值是固定的，設(shè)此比值為β，則β值被稱為反射率：
β=φr/φ0
入射光在不透明物體的表面上存在三種不同的反射形式:定向反射、漫反射和介于兩者之間的反射形式。假如把一束定向光束投射到理想白色漫反射表面上，全部入射光將在表面上方的半空間范圍內(nèi)形成均勻的反射，各個角度上的反射亮度完全一樣（圖1－1）。完全白色無光的理想漫反射表面是不存在的，但是用氧化鎂或硫酸鋇制作的標(biāo)準(zhǔn)白色定標(biāo)板可近似視為無光白色表面。鏡面與無光白色表面不同，它對入射光的反射遵循反射定律。涂有水銀的玻璃鏡面接近于理想的全反射表面，但即使是這樣的鏡面也達(dá)不到完全的。反射，任何表面都會吸收一部分入射光量，所不同的是有的表面反射光量多一些，有的表面反射光量少一些。圖1－2分別表示粗面紙張、光澤面紙張和玻璃鏡面的反射情況，箭頭的長度表示相應(yīng)方向上被反射光的強(qiáng)弱。
圖1－1
圖1－2
與光的反射情況相似，一定物體的透射光通量和入射光通量的比也是固定的，其比值稱為透射率。設(shè)入射光通量為φ0，透射光通量為φr，則透射τ用下式表達(dá)：
τ＝φr/φ0 二、透射測定
1．幾何條件。透射測定必須盡可能滿足下述幾何條件：入射光束必須能從半空間體均勻地投射到被測試物體上，并且只測定垂直通過被測物體的光束。
采用烏布利希球作為透射測定的器件可以使測定滿足上述的幾何條件要求。烏布利希球是一個空心的球體（圖1－3），內(nèi)腔涂以無光白色硫酸鋇，球面上開兩個軸心線在球心正交的小孔，兩個小孔的總面積不超過球體內(nèi)壁面積的2％。
圖1－3
平行光束通過孔1進(jìn)入球體，并在球體內(nèi)壁上形成光點(diǎn)l，再由光點(diǎn)l把光均勻地反射到球體內(nèi)壁上。測試物體緊挨著孔2，為了防止孔2接受光點(diǎn)l的直接反射光，需在光點(diǎn)和孔2之間放一塊也是涂成無光白色的橢圓形擋板s，這樣就能夠使緊挨著孔2的測試物體得到來自半空間體的均勻的光照射。
那么為什么規(guī)定這樣的幾何條件呢？因?yàn)槿绻麕缀螚l件不符合上述規(guī)定，就有可能影響測量效果。為了證明這一點(diǎn)，比較一下兩個完全透明的物體mt和mc（圖1－4），也就是說，這兩個物體的透射率是1．0。物體mt是透明的，它不使定向光束產(chǎn)生漫射，而物體ms則使定向光束完全在半空間范圍內(nèi)形成均勻的漫射。
圖1－4
在兩種情況下，φτ＝φ0都是成立的，然而測量結(jié)果表明，在直接光射mt的測量值大于ms的測量值。這是因?yàn)槿魏喂馔繙y量儀都只能測量來自一定立體角度內(nèi)的光量，也就是說，只能測量一部分透射光量。所以這兩個測量值之比約等于前者和后者兩立體角內(nèi)所含光通量之比，但由于前者大于后者，因此得出mt＞ms的結(jié)果。
如果入射光為漫射光，也就是說，入射的是烏布利希球射出的光，那么透射光通量對于透明物體和散射物體都是均勻地分布在半空間內(nèi)。即使測量儀只能測量一定立體角內(nèi)的光通量，但測量值是相同的。透射測量的幾何條件就是根據(jù)這個原理確定的。[next]
2．透射密度與卡里爾效應(yīng)。透射密度定義為透射率倒數(shù)的對數(shù)。設(shè)透射密度為d，透射率為τ，則透射密度用下式表示：
d＝lg1/τ
下列公式用于透射率和密度之間的換算：
lg1/τ＝d
1/τ＝10d
τ＝10－d
前面已經(jīng)指出，透射測量如不滿足規(guī)定的幾何條件，即使兩個完全透明的物體（即密度d都是0．00），用平行光照明時，具有漫射表面的物體比非漫射表面物體測得的透射率要小，即前者顯示的密度值比后者要大一些。倘若兩個物體都是透明度相同的非漫射體，一個用平行光照明，一個用漫射光照明，即使入射的光強(qiáng)相同，測得的透射密度值也不相同。這種由于兩被測對象的漫射性能不同或測量的幾何條件不同所引起的透射密度示值出現(xiàn)差異的現(xiàn)象稱之為卡里爾效應(yīng)。而同一物體用平行光和漫射光照明時測得的密度值的商數(shù)稱為卡里爾系數(shù)。卡里爾系數(shù)可以作為軟片中銀粒子粒度大小的度量。在對軟片上的圖像進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換時，應(yīng)特別注意把卡里爾效應(yīng)減至最小。在對電子分色機(jī)作灰平衡標(biāo)定時，之所以強(qiáng)調(diào)采用非銀鹽灰梯尺，就是為了避免因卡里爾效應(yīng)帶來偏差。 三、反射測定
1．幾何條件。反射測定（鏡面反射除外）主要是在漫射表面進(jìn)行，因此這種測定比透射測定要復(fù)雜一些。由于密度計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的原因，要完全做到使測量表面得到來自半空間體均勻的照射以及對表面進(jìn)行垂直測量，存在著一定的困難，所以反射測量中常采用45°/0°和0°/45°兩種幾何條件（圖1－5）。圖中：ms表示測光傳感器。
圖1－5
在反射測定中，測量結(jié)果與測量裝置的幾何條件和測試物體表面的光澤性質(zhì)有密切關(guān)系。現(xiàn)舉一例說明規(guī)定測量幾何條件的必要性。圖1－6表明兩種測量幾何條件。在這兩種測量條件下分別測量鏡面、無光白色表面和具有一定光澤的紙。圖中sa和sb分別表示兩個相同規(guī)格的光傳感器。
圖1-6
當(dāng)測量鏡面物體時，傳感器sa顯示最大的測量值，這是因?yàn)楦鶕?jù)反射定律，入射光在測量面發(fā)生全反射，傳感器sa正好安排在反射光路上。而傳感器sb示值為零，因?yàn)樗哑x反射光路45°。
當(dāng)測量無光白色表面物體時，因?yàn)槿肷涔馔勘痪鶆虻芈湓诎肟臻g范圍內(nèi)，所以sa和sb的示值相同。
當(dāng)測量具有一定光澤的白紙時，因?yàn)闇y量面的反射特性介于前兩種之間，sb接受到的光只包含漫射分量，而sa接受到的光是漫反射成分與全反射成分之和，所以sa的示值將大于sb。
上例說明反射測定的結(jié)果與幾何條件和被測面的光澤性質(zhì)密切相關(guān)。那么反射測量為什么規(guī)定采用后一種幾何條件而不采用前一種呢？這是因?yàn)楹笠环N幾何條件理論上只測量有用的圖像信息。而前一種的測量結(jié)果包含了最大的噪音信息（第一表面反射成分）。
2．反射密使測量原理。由圖1－5和圖1－6可知，不管哪一種幾何條件都只能測量一部分反射光通量，而反射率需要根據(jù)全部反射光通量進(jìn)行測定，所以這些測量方式不能用來測量反射率。但這些測量方式可用來比較被測試物體的亮度l，亮度系數(shù)α則表示物體測量區(qū)域的亮度lm和某一基準(zhǔn)區(qū)域亮度l0的比值。
α≈lm/l0
基準(zhǔn)區(qū)域表面的特性應(yīng)接近于理想的無光白色表面，即應(yīng)符合規(guī)定的硫酸鋇白色標(biāo)準(zhǔn)。
在測量各種不同的白色表面（如各種紙張表面）的亮度系數(shù)（或反射率）時，這種標(biāo)準(zhǔn)白色就可以作為基準(zhǔn)區(qū)域。如果要測量某表面亮度系數(shù)的絕對值，只要把測量表面與白色標(biāo)準(zhǔn)的亮度加以比較就可以了。
反射密度dr與透射密度dt類似，它等于反射率倒數(shù)的對數(shù)，即：
dr=lg1/β
反射率越小，倒數(shù)越大，反射密度就越大。但由前述可知，規(guī)定的幾何條件只能測定一部分光通量，而反射率需要根據(jù)全部反射光通量進(jìn)行計(jì)算，所以這種幾何條件不能用來測量反射率。幸好，在相同的光學(xué)條件下，反射率和亮度系數(shù)的數(shù)值近似相等，即：
β＝α
反射密度計(jì)就是根據(jù)這個原理來測定反射密度的，反射密度計(jì)的作用本質(zhì)上是把測量區(qū)域的亮度和某種基準(zhǔn)區(qū)域的亮度加以比較。


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