“大海是什么顏色？”幾乎一切人都市回復“藍色”。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的。
那么對否有什么神奇的“邪術”，可以讓大海不再展現藍色，變得如下圖五彩斑斕呢？
（圖片來自網絡）
很多人看到這幅照片的第一反響是，“一定是PS的”。但實踐上，這并不是依托電腦殊效才干制造出的“假照片”，而是實真著實拍攝到的天然征象。不少網友在乘坐飛機的歷程中，也都以前拍攝到相似的壯麗情形，如下圖。
（圖片來自網絡）
但是這并不是什么電腦特技，而是有著堅固物理學原理支持，這就是小編今天為各位先容的“光學邪術”——偏振成像。
揭秘偏振成像
我們都曉得，可以把光當作一種“波”。我們所說的“波”通?？梢苑譃閮深悾活愂恰翱v波”，指的是局部物質振蕩朝向與轉達朝向平行的波，比如我們熟習的聲波。
（圖片來自網絡）
而光波屬于別的一類，“橫波”。用手揮動繩子時，產生的“繩波”就是典范的橫波。橫波轉達歷程中，物質（比如繩波中的質點或光波中的電場等）局部振蕩朝向與轉達朝向互相垂直，這個特別的振蕩朝向，就是橫波的“偏振”朝向。
（圖片為便宜）
橫波的偏振朝向可以經過“檢偏器”檢測出來，比如關于繩波來說，我們可以制造下圖所示的“狹縫”來檢測偏振朝向。當“檢偏器”朝向（即狹縫朝向）與繩波偏振朝向一律時，繩波可以很順遂的經過；但“檢偏器”朝向與繩波朝向互相垂直時，繩波無法經過。光學上也有相似的“檢偏器”，叫做“偏振鏡”，可以讓特定偏振朝向的光波經過，只是原理會繁復一些，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，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，產生劇烈的平面感了。
（圖片來自網絡）
并不奧秘的海面光反射
日凡人眼看到的光，如太陽光，各個朝向上偏振的光強基本一律，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（此歷程可以經過菲涅爾方程舉行嚴厲定量盤算）。為了便利各位了解，我們可以將各個偏振朝向依照光強畫成不同長度的箭頭，原本的“天然光”各個偏振朝向光強相稱，可以表現為“圓形”；反射的局部偏振光中有些朝向光強較強，有些朝向光強較弱，可以表現為“橢圓形”，就如下圖所示。
（圖片為便宜）
關于水面反射的局部偏振光，當“檢偏器”朝向與反射率更高的偏振朝向一律時（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。
（圖片來自網絡）
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，主波長也會產生偏移。上世紀六十年代，就有學者以地中海為例，研討了20℃情況下反射光主波長隨著入射角厘革曲線。
（圖片來自網絡）
使用裝備偏振鏡的相機舉行拍攝時，假如反其道而行之，旋轉調停偏振鏡朝向，可以最大水平減少其他光源，讓水面的反射光最大水平進入拍照體系（將偏振鏡朝向旋轉至橢圓“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，不同主波長則對應著不同的顏色。廣袤海面上展現夢境般五彩斑斕情形，就是這個原理。
（圖片來自網絡）
偏振成像用處大
偏振成像是一種光學中常用的武藝伎倆，用來探測平凡相機難以發覺的物理征象。
比如在遙感武藝中，由于不同植物葉片、不同礦物等會展現不同的偏振特性，因此可以經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生光譜崩潰，其譜線偏振態就與磁場強度直接干系，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米級太陽望遠鏡，就在使用這項武藝舉行緊張研討事情。
再好比很多純透質料——如玻璃、塑料等——在冷卻成型歷程中會產生應力，一些特定地點則會顯現較強的應力積累，這也將會是質料最脆弱的場合。但由于質料本身是純透的，以是難以直接察看。而應力會改動質料的偏振特性，因此經過偏振成像可以便利地察看器件的應力分布，如下圖中美麗條紋厘革越劇烈的地點，代表應力積累越嚴峻。
（圖片來自網絡）
再舉個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覺，仿佛石油浮在水面上好壞常容易發覺的事變。實踐上，這是泄漏十分嚴峻才會顯現的情形，當石油管道或儲油罐剛開頭產生泄漏時，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覺的。但由于油和水反射光的偏振特性相去甚遠，因此有了偏振成像武藝，哪怕只是薄薄的油層，也可以很快發覺。下圖就是一個演示實行[正文3]，比力厚的油層（左側）在平凡察看下就很顯眼，而右側較薄的油層幾乎看不到；但無論油層是厚是薄，在偏振相機中，都體現為分明的玄色。
（圖片來自網絡）
送你5個小tips，把大海拍的五彩斑斕
水面反射產生的局部偏振光中，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效應，這點上風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宏大于反射光中主波長的影響。而對大范圍海面拍攝時，則會展現相對均勻化的后果，變小其他要素干擾。從飛機上舉行拍攝，就是個不錯的選擇。
第三，拍攝時太陽高度要在25°-60°之間，最好位于30°-55°之間。
第四，為相機裝備偏振鏡。
第五，運氣要充足好。就算萬事俱備，但海面忽然起了奇異的風，掀起了白色浪花，或是目標拍攝地點忽然飄來了大塊云朵，那就中途而廢了。
參考文獻：
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.
原標題：讓大海變得五彩斑斕的“光學邪術”丨流光E彩
版權聲明：本文來自互聯網整理發布，如有侵權，聯系刪除
原文鏈接：http://www.freetextsend.comhttp://www.freetextsend.com/wangluozixun/30900.html