折射（Refract）

石鑫华视觉

什么是折射

光从一种透明介质（如空气）斜射入另一种透明介质（如水）时，传播方向一般会发生变化，这种现象叫光的折射。 此外，折射并不只是光的特性，电磁波都应有这种特性，介质并不一定非要透明，不透明的也一样有折射，X射线就可以穿过不透明的物体。

                               
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图1 折射原理图

折射定律

光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线与入射光线、法线在同一平面上，折射光和入射光分居法线两侧；折射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不变，在折射中光路可逆。当光从水或其他介质中斜射入空气时，折射角大于入射角。
折射规律分三点：（1）三线一面 （2）两线分居（3）两角关系分三种情况：①入射光线垂直界面入射时，折射角等于入射角等于0°；②光从空气斜射入水等介质中时，折射角小于入射角；③光从水等介质斜射入空气中时，折射角大于入射角(但存在于空气中的角总是一个大角），当入射角等于全反射角时，没有折射，光线全部反射回同一介质中。在这里我们可以认为空气一为介质一，是光疏介质，水是介质二，是光密介质。即当光从光疏介质（空气）射入光密介质（水）时，总是会有折射角，且折射角总是小于入射角或入射角与折射角都=0。当光从光密介质（水）入射到光疏介质（空气）时，如果入射角小于全反射角，则有折射角，且折射角大于入射角。当入射角等于全反射角时，这时折射角等于90度，与介质交接面同面，因此没有折射。入射角大于全反射角时，发生全反射，没有折射。
生活中折射现象

　　鱼儿在清澈的水里面游动,可以看得很清楚.然而,沿着你看见鱼的方向去叉它,却叉不到。有经验的渔民都知道,只有瞄准鱼的下方才能把鱼叉到。
　　从上面看水,玻璃等透明介质中的物体,会感到物体的位置比实际位置高一些.这是光的折射现象引起的。
　　由于光的折射,游泳池里的水看起来比实际的浅.所以,当你站在岸边,看见清澈见底,深不过齐腰的水时,千万不要贸然下去,以免因为对水深估计不足,惊慌失措,发生危险。
　　把一块厚玻璃放在钢笔的前面,笔杆看起来好像"错位"了,这种现象也是光的折射引起的。
折射在机器视觉中的应用

折射现象在机器视觉的镜头设计中肯定是要涉及到了。不考虑折射，是无法设计好的镜头的。而对目标取像时，折射现象应用就比较少。但是也不是没有应用，如有些玻璃的边缘检查、玻璃中的缺陷检查，也是可以通过折射来应对的。另外在一些不透明的物体内部的检查（如钢材质量等）检查时，需要利用X等射线进行检查。这并不是利用折射现象，而是利用了X射线的强穿透性。

                               
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图2 折射示意图