大海是什么颜色？几乎所有人都会回答“蓝色”。的确，除了偶尔会被天边倒映的朝霞或晚霞染上一抹火红，在天气晴朗的情况下，我们看到的大海都是蔚蓝的。那么是否有什么神奇的“魔法”，可以让大海不再呈现蓝色，变得如下图五彩斑斓呢？\n\n很多人看到这幅照片的第一反应是，“一定是PS的”。但实际上，这并不是依靠电脑特效才能制作出的“假照片”，而是实实在在拍摄到的自然现象。
不少网友在乘坐飞机的过程中，也都曾经拍摄到类似的壮丽景象。\n\n其实这并不是什么电脑特技，而是有着坚实物理学原理支撑，这就是小编今天为大家介绍的“光学魔法”——偏振成像。我们都知道，可以把光看成一种“波”。我们所说的“波”通常可以分为两类，一类是“纵波”，指的是局部物质振荡方向与传播方向平行的波，例如我们熟悉的声波。而光波属于另外一类，“横波”。
横波传播过程中，物质局部振荡方向与传播方向相互垂直，这个特殊的振荡方向，就是横波的“偏振”方向。\n\n横波的偏振方向可以通过“检偏器”检测出来，例如对于绳波来说，我们可以制作下图所示的“狭缝”来检测偏振方向。当“检偏器”方向与绳波偏振方向一致时，绳波可以很顺利的通过；但“检偏器”方向与绳波方向相互垂直时，绳波无法通过。
光学上也有类似的“检偏器”，叫做“偏振镜”，可以让特定偏振方向的光波通过，只是原理会复杂一些，但效果上与检测绳波振动方向的狭缝是一样的。\n\n我们在电影院看3D电影时，工作人员会给我们一副“大墨镜”，其实就是偏振镜。左右两片镜片允许通过的光的偏振方向恰好相互垂直，如此一来，左右眼就可以分别看到不同的图像，产生强烈的立体感了。
\n\n日常人眼看到的光，如太阳光，各个方向上偏振的光强基本一致，没有明显的偏振方向，我们称为“自然光”。水面对太阳光的反射有一定的偏振选择性，某些偏振方向反射的多，某些偏振方向反射的少，广袤海面反射的太阳光就会成为部分偏振光。对于水面反射的部分偏振光，当“检偏器”方向与反射率更高的偏振方向一致时，反射光能够最大限度地通过，反之则会被最大程度削减。
\n\n更有意思的是，由于海水存在一定的色散，即便是在占主导的偏振方向上，不同波长光的反射率也会存在一定差异，反射率最高的那个波长会成为“主波长”。随着入射光角度i的变化，主波长也会发生偏移。使用配备偏振镜的相机进行拍摄时，如果反其道而行之，旋转调整偏振镜方向，能够最大程度削减其他光线，让水面的反射光最大程度进入摄影系统。
从上面的曲线图可以看出，反射光中的主波长会随着入射角度的变化而变化，不同主波长则对应着不同的颜色。广袤海面上呈现梦幻般五彩斑斓景象，就是这个原理。\n\n偏振成像是一种光学中常用的技术手段，用来探测普通相机难以察觉的物理现象。例如在遥感技术中，由于不同植物叶片、不同矿物等会呈现不同的偏振特性，因此可以通过偏振遥感技术对植物种类、长势进行大规模调查，也可以进行辅助矿物勘探等。
天文学中偏振成像也非常重要，例如太阳大气的测量。太阳大气会在磁场作用下产生光谱分裂，其谱线偏振态就与磁场强度直接相关，因此可以利用偏振成像技术对太阳大气进行高精度实时磁场测量。\n\n生活中我们偶尔会听到石油泄漏的新闻，新闻的配图往往是大片大片黑乎乎的石油浮在水面上，这给我们造成了一种错觉，似乎石油浮在水面上是非常容易发现的事情。
实际上，这是泄漏非常严重才会出现的情景，当石油管道或储油罐刚开始发生泄漏时，只会在水面上漂浮薄薄的一层油膜，仅凭借视觉观察是很难发现的。但由于油和水反射光的偏振特性相去甚远，因此有了偏振成像技术，哪怕只是薄薄的油层，也能够很快发现。\n\n水面反射产生的部分偏振光中，虽然存在反射率最高的“主波长”，但其反射率比其他波长高不了多少，只是一种非常微弱的占优效应，这点优势很容易被环境中其他光线掩盖。
所以即使主波长随角度变化是客观存在的物理现象，但观察到这种现象也并不容易。要想拍摄到五彩斑斓海面，捕捉这种物理现象，需要具备如下的几大要素：首先，天气晴朗。晴朗天气下太阳光线充足，而且基本可以视作平行光。第二，要对尽量大的范围进行拍摄。如果是小范围水面，那么水面轻微波动等环境影响会远远大于反射光中主波长的影响。而对大范围海面拍摄时，则会呈现相对平均化的结果，减少其他因素干扰。
从飞机上进行拍摄，就是个不错的选择。第三，拍摄时太阳高度要在25°-60°之间，最好位于30°-55°之间。第四，为相机配备偏振镜。第五，运气要足够好。就算万事俱备，但海面突然起了奇怪的风，掀起了白色浪花，或是目标拍摄位置突然飘来了大块云朵，那就前功尽弃了。