Optical Properties of Materials
Introduction
광자와 물질 사이의 상호 작용으로 인해 주변 환경을 모든 색상과 선명도로 볼 수 있습니다. 빛이 공간을 통과할 때 광자는 경로에 있는 입자와 상호 작용하여 광자가 경로를 변경하거나 다른 형태의 에너지로 변환할 수 있습니다. 빛이 물체와 상호 작용하는 방식은 재료의 화학적 구성에 따라 달라지며 반사성, 흡수성 및 투과성이라는 세 가지 속성으로 설명될 수 있습니다. 이러한 특성의 크기는 빛의 파장에 따라 재료 내에서 다양합니다.
Specularity
거울, 크롬 및 창 유리는 반사율이 높은 재료의 예입니다. 이러한 재료는 표면 질감이 매우 매끄럽고 미세한 질감이라는 공통점이 있으며 종종 반사되는 것으로 다소 부정확하지만 설명됩니다. 고무, 나무, 나뭇잎 및 분필은 반사율이 낮은 재료입니다. 이러한 물체는 보기에는 쉽지만 반사되지 않는다는 공통점이 있습니다. 재료 표면은 매우 확산된 텍스처를 가지고 있어 입사광이 모든 방향으로 거의 균일하게 산란됩니다. 따라서, 예를 들어 분필로 만든 거울에서 반사를 보는 것은 불가능합니다.
Transmissivity
투과율은 빛을 통과시키는 물질의 능력을 나타냅니다. 유리창, 맑은 물, 특정 플라스틱 및 에폭시는 투과율이 높은 재료의 예입니다. 빛은 방향을 바꾸거나, 회절되거나 굴절될 수 있지만 원래 있던 곳에서 다시 반사되지 않고 재료를 통과합니다. 따라서 투과율이 낮은 재료는 대신 빛을 반사하므로 빛을 통해 볼 수 없습니다.
Absorptivity
Absorptivity describes a material’s ability to absorb an incident photon and convert it to another form of energy, such as heat or electricity. Black objects like rubber tires, coal, TV, and smartphone displays have high absorptivity of visible light and typically get relatively hot when left out in the sun. Objects with low absorptivity will either reflect the light or pass it through, depending on the level of transmissivity (see Transmissivity above). Therefore, materials with low absorptivity include window glass and still water, but also white paper, wood, aluminum, and white chalk. In addition, some materials (colored objects) are partially absorptive.
빨강 사과와 초록 사과는 각각 빨강(700nm)과 초록(530nm)을 제외한 가시광선의 모든 파장을 잘 흡수합니다. 이러한 이유로 적색 레이저 소스를 사용하는 것과 같은 일부 구조화된 광 스캐너는 적색 물체에서 매우 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 동시에 개체의 모양이 동일하더라도 파란색 개체에 대해 매우 좋지 않은 결과를 얻습니다.
Typical effects of specularity and reflectivity
반사율이 높고 반사율이 높은 재료를 다룰 때 몇 가지 광학 효과가 발생합니다.
주변 광원 또는 주사한 광원으로 인한 직접 반사의 하이라이트.
객체 간의 상호 반사:
주변 물체에서 물체로의 반사.
물체에서 주변 물체로의 반사.
빛이 각진 평면에서 산란되어 발생하는 저조도 현상.
아래 이미지는 이러한 효과 중 일부가 발생하는 방법의 예를 보여줍니다.
Summary
아래 이미지는 위에서 설명한 재료의 다양한 광학 특성에 대한 개요를 보여줍니다. 왼쪽의 두 그림은 서로 다른 반사율 수준을 보여 주는 반면 왼쪽의 그림 3과 4는 다른 흡수 수준을 보여줍니다. 가장 오른쪽 그림은 투과율을 보여줍니다.
The sum of these optical properties of a material determines how easy or difficult it is to see it and thus how applicable it is for a 3D scanner. Objects and scenes that have low specularity, absorptivity, and transmissivity are preferable for most optical instruments. Increasing the degree of any of the three properties is the fundamental challenge. Many 3D scanners today are struggling to produce satisfactory results on what we typically refer to as transparent and shiny objects. For practical guidance on capturing these materials with a Zivid camera, see Dealing with Highlights and Shiny Objects and Dealing with Transparent Objects. The figure below shows an example of a challenging scene containing both reflective, specular, and absorptive materials.
