OK, es scheint, dass user21820 richtig ist; Dieser Effekt wird dadurch verursacht, dass sowohl das Vordergrund- als auch das Hintergrundobjekt unscharf sind und tritt in Bereichen auf, in denen das Vordergrundobjekt (Ihr Finger) den Hintergrund teilweise verdeckt, sodass nur ein Teil der Lichtstrahlen erreicht wird Ihr Auge vom Hintergrund wird durch das Vordergrundhindernis blockiert.

Sehen Sie sich dieses Diagramm an, um zu sehen, warum dies geschieht:

Die Der schwarze Punkt ist ein entferntes Objekt, und die gestrichelten Linien zeigen Lichtstrahlen, die von ihm ausgehen und auf die Linse treffen, wodurch sie neu fokussiert werden, um ein Bild auf einer Rezeptoroberfläche (der Netzhaut in Ihrem Auge oder dem Sensor in Ihrer Kamera) zu erzeugen. Da die Linse jedoch leicht unscharf ist, konvergieren die Lichtstrahlen nicht genau auf der Rezeptorebene, sodass das Bild unscharf erscheint.

Es ist wichtig zu erkennen, dass jeder Teil des unscharfen Bildes wird durch einen separaten Lichtstrahl gebildet, der durch einen anderen Teil der Linse (und des dazwischenliegenden Raums) fällt. Wenn wir ein Hindernis zwischen dem Objekt und der Linse einfügen, das nur einige dieser Strahlen blockiert, verschwinden diese Teile des Bildes!

Dies hat zwei Auswirkungen: Erstens: Das Bild des Hintergrundobjekts erscheint schärfer, da das Hindernis die Blende des Objektivs effektiv verringert. Es verschiebt jedoch auch die Mitte der Apertur und damit des resultierenden Bildes nach einer Seite.

Die Richtung, in die sich das unscharfe Bild verschiebt, hängt davon ab, ob sich die Linse befindet ein bisschen zu nah oder ein bisschen zu weit fokussiert. Wenn der Fokus zu nahe ist, wie in den obigen Diagrammen, wird das Bild vom Hindernis weg verschoben. (Denken Sie daran, dass das Objektiv das Bild invertiert, sodass das Bild des Hindernisses selbst über dem Bild des Punkts im Diagramm angezeigt wird!) Wenn umgekehrt der Fokus zu weit ist, wird das Hintergrundobjekt angezeigt näher an das Hindernis heranrücken.

Sobald Sie die Ursache kennen, ist es nicht schwer, diesen Effekt in einem 3D-Rendering-Programm wiederherzustellen, das realistische Fokusunschärfe unterstützt. Ich habe POV-Ray verwendet, weil ich damit vertraut bin:

Oben sehen Sie zwei Renderings von eine klassische Computergrafikszene: eine gelbe Kugel vor einer Gitterebene. Das Bild links wird mit einer schmalen Blende gerendert, wobei sowohl das Gitter als auch die Kugel scharf dargestellt werden, während das Bild rechts mit einer großen Blende gerendert wird, wobei das Gitter jedoch immer noch perfekt scharfgestellt ist. In keinem Fall tritt der Effekt auf, da der Hintergrund scharfgestellt ist.

Die Dinge ändern sich jedoch, sobald der Fokus leicht verschoben wird. Im Bild links unten ist die Kamera leicht vor der Hintergrundebene fokussiert, während sie im Bild rechts leicht hinter der Ebene fokussiert ist:

Sie können deutlich sehen, dass mit dem Fokus zwischen dem Gitter und der Kugel die Gitterlinien in der Nähe der Kugel von dieser weg verschoben erscheinen, während sich die Gitterlinien mit dem Fokus hinter der Gitterebene in Richtung der Kugel verschieben Kugel.

Wenn Sie den Kamerafokus weiter von der Hintergrundebene wegbewegen, wird der Effekt noch stärker:

Sie können auch deutlich sehen Die Linien werden in der Nähe der Kugel schärfer und verbiegen sich, da ein Teil des unscharfen Bildes durch die Kugel blockiert wird.

Ich kann den Effekt der unterbrochenen Linie in Ihren Fotos sogar wiederherstellen, indem ich die Kugel durch eine schmale ersetze Zylinder:

Um es noch einmal zusammenzufassen: Dieser Effekt wird dadurch verursacht, dass der Hintergrund (leicht) unscharf ist und durch den Vordergrundobjekt verschließt effektiv einen Teil der Kamera / des Auges ap Erture, wodurch die effektive Apertur (und damit das resultierende Bild) verschoben wird. Es wird nicht verursacht durch:

• Beugung: Wie die obigen Computer-Renderings zeigen (die mit Raytracing erstellt wurden und daher keine Beugungseffekte modellieren), ist dieser Effekt vollständig durch die klassische Strahloptik erklärt. In jedem Fall kann die Beugung nicht erklären, dass sich die Hintergrundbilder in Richtung zum Hindernis verschieben, wenn sich der Fokus hinter der Hintergrundebene befindet.

• Reflexion: Auch hier ist keine Reflexion des Hintergrunds von der Hindernisoberfläche erforderlich, um diesen Effekt zu erklären. Tatsächlich spiegelt in den obigen Computer-Renderings die gelbe Kugel / der gelbe Zylinder das Hintergrundgitter überhaupt nicht wider. (Die Oberflächen haben keine Spiegelreflexionskomponente und keine indirekten diffusen Beleuchtungseffekte sind im Beleuchtungsmodell enthalten.)

• Optische Täuschung: Die Tatsache, dass Dies ist keine Wahrnehmungsillusion, die sich aus der Tatsache ergeben sollte, dass der Effekt fotografiert und die Verzerrung anhand der Fotos gemessen werden kann, aber die Tatsache, dass er auch durch Computer-Rendering reproduziert werden kann, bestätigt dies weiter.

Nachtrag: Um dies zu überprüfen, habe ich die obigen Renderings mit meiner alten dSLR-Kamera (und einem LCD-Monitor, einer gelben Gewürzkappe aus Kunststoff und einigen) repliziert Thread zum Aufhängen):

Das Foto oben links hat den Kamerafokus hinter dem Bildschirm, das Foto rechts hat ihn vorne des Bildschirms. Das Foto unten links zeigt, wie die Szene mit scharfem Bildschirm aussieht (oder so nah wie möglich mit manueller Fokuseinstellung). Schließlich zeigt das beschissene Bild der Handykamera unten rechts das Setup, mit dem die anderen drei Fotos aufgenommen wurden.

Nachtrag 2 : Bevor die folgenden Kommentare bereinigt wurden, gab es dort einige Diskussionen über die Nützlichkeit dieses Phänomens als schneller Selbstdiagnosetest für Myopie (Kurzsichtigkeit).

Während ich kein Augenarzt bin, scheint es, dass, wenn Sie diesen Effekt mit bloßem Auge erleben, während versucht , den Hintergrund scharf zu halten, Sie haben möglicherweise einen gewissen Grad an Myopie oder einen anderen Sehfehler und möchten möglicherweise eine Augenuntersuchung.

(Natürlich, auch wenn Sie dies nicht tun Es ist sowieso keine schlechte Idee, alle paar Jahre eine zu bekommen. Eine leichte Myopie, bis zu einem Punkt, an dem sie so schwerwiegend wird, dass sie Ihr tägliches Leben erheblich beeinträchtigt, kann ansonsten überraschend schwer selbst zu diagnostizieren sein Es erscheint normalerweise langsam und mit nichts, mit dem Sie Ihre Sicht vergleichen können, gewöhnen Sie sich nur an entfernte Objekte, die etwas verschwommen aussehen. Schließlich gilt dies bis zu einem gewissen Grad für alle; nur die Entfernung variiert.)

Tatsächlich kann ich mit meiner leichten Myopie (ca. -1 dpt) persönlich bestätigen, dass ich ohne meine Brille sowohl den Biegeeffekt als auch das Schärfen von Hintergrundmerkmalen leicht erkennen kann, wenn ich meinen Finger vor mein Auge bewege . Ich kann sogar einen Hinweis auf Astigmatismus (von dem ich weiß, dass ich ihn habe; meine Brille hat eine zylindrische Korrektur, um ihn zu beheben) darin sehen, dass ich in einigen Ausrichtungen die Hintergrundmerkmale nicht nur biegen sehe weg von meinem Finger, aber auch leicht seitwärts. Wenn meine Brille aufgesetzt ist, verschwinden diese Effekte fast, aber nicht ganz, was darauf hindeutet, dass mein aktuelles Rezept möglicherweise nur ein wenig abweicht.

Im Gegensatz zu einigen Antworten, die auf Yahoo Answers (wie hier und hier) und an anderen Orten veröffentlicht wurden, wird dies nicht verursacht durch Beugung.

Um dies zu zeigen, ist zu beachten, dass der Biegeeffekt aufgrund des auf die Kanten eines undurchsichtigen Objekts einfallenden Lichts grob als Beugungsmuster modelliert werden kann. Wie von Rod Vance erklärt, ist das Intensitätsprofil auf einem Bildschirm in der Höhe $ x $ aufgrund eines flachen Objekts in einem Abstand $ d $ vom Bildschirm durch $$ I (x) \ propto \ left gegeben | C \ left (\ sqrt {\ frac {k} {2d}} x \ right) + i S \ left (\ sqrt {\ frac {k} {2d}} x \ right) + \ left (\ frac {1 } {2} + \ frac {i} {2} \ right) \ right | ^ 2 $$ wobei $ C $ und $ S $ die FresnelC und FresnelS sind Funktionen, und $ k = 2 \ pi / \ lambda $ ist die Wellenzahl des Lichts.

Wenn Sie $ d = 5 \ text {cm}, \ lambda = 600 \ text {nm} $ verwenden, erhalten Sie

dass es einen Spread von ungefähr $ 0.05 \ text {mm} $ bis $ 0.1 \ text {mm} $ gibt. Dies ist ein sehr kleiner Abstand, der ungefähr der Dicke eines Blattes Papier entspricht und weitaus kleiner ist als der gut sichtbare Durchhang zum Finger in der blauen Linie $ 2 ^ \ text {nd} $ auf dem Papierhintergrund. Obwohl Beugung eine kleine Rolle spielen mag, scheint es zweifelhaft, dass dies die dominierende Rolle ist.

Zusätzliche Beweise dafür, dass dies auf Beugung zurückzuführen ist, stammen aus der Berücksichtigung chromatischer Effekte. Die Biegung ist stark $ \ lambda $ -abhängig, wobei rotes Licht stärker gebogen ist als blaues Licht. Wenn Beugung das Hauptverantwortliche wäre, würden Sie einen Regenbogeneffekt an den Fingerkanten erwarten, bei dem das Licht des Papiers je nach Wellenlänge um verschiedene Winkel gebogen wird. Dies wird jedoch nicht beobachtet.

Auch (und wahrscheinlich der wichtigste Punkt!), Wie Rob in seiner Antwort hervorhob, würde die Beugung dazu führen, dass sich die blauen Linien hinter dem Finger nach oben biegen , aber stattdessen scheinen sie nach unten zu biegen .

Ich würde vermuten, dass geometrische Faktoren (vielleicht mit der Kamera, den Objektiven usw.?) hier die Hauptrolle spielen, aber ich werde das Urteil von Leuten abwarten, die mehr über Optik wissen als ich.

Haha, als ich jung war, dachte ich, dass dieser Effekt auf die Schwerkraft zurückzuführen ist, die natürlich zu schwach ist, als dass winzige Objekte beobachtet werden könnten. Es stellt sich jedoch heraus, dass es sich weder um Brechung noch Beugung noch um Parallaxenfehler handelt. Stattdessen liegt es am falschen Fokus. Wenn Sie wie ich kurzsichtig sind, erzeugt jeder Punkt beim Betrachten eines entfernten Objekts ein kreisförmiges Scheibenbild auf Ihrer Netzhaut anstelle eines scharfen Punkts. Wenn Sie die Kante eines Objekts in der Nähe Ihres Auges bewegen und es einen Teil der Pupille blockiert, ist das auf Ihrer Netzhaut erzeugte Bild keine vollständige Scheibe mehr, daher scheint sich das Bild von der Kante weg zu verschieben. Dies erklärt Ihre vier späteren Rasterbilder. Beachten Sie, dass der Rest des Gitters niemals scharf fokussiert ist, der Bereich nahe der Kante des okkludierenden Objekts jedoch schärfer ist, da diese Punkte weniger als eine volle Platte auf der Kamerasensorebene erzeugen. Ihre früheren Bilder waren darauf zurückzuführen, dass der Fokus über dem Objekt lag, das Sie betrachteten. Nach wie vor würde jeder Punkt zu einem Disk-Image auf Ihrer Netzhaut führen, das jedoch invertiert ist. Wenn also ein anderes Objekt einen Teil Ihrer Pupille blockiert, scheint sich das Bild zum Rand hin zu verschieben, anstatt sich von diesem zu entfernen.

Um zu beweisen, dass diese Erklärung richtig ist, platzieren Sie Ihr Gesicht nahe am Bildschirm, ohne sich darauf zu konzentrieren, und bewegen Sie Ihren Finger vor Ihr Auge. Das Bild auf dem Bildschirm scheint sich in Richtung Ihres Fingers zu bewegen und wird auch in der Richtung senkrecht zur Fingerkante schärfer. Wiederholen Sie dieses Experiment nun mit dem Bildschirm in einem angenehmen Leseabstand und stellen Sie sicher, dass Sie genau auf den Bildschirm fokussieren. Das Blockieren Ihrer Ansicht sollte jetzt keinen Einfluss auf die scheinbare Position jedes Pixels auf dem Bildschirm haben. Wenn es sich immer noch zu bewegen scheint, liegt es daran, dass das unscharfe (nicht fokussierte) Bild Ihres Fingers eine optische Täuschung stört. Um dies zu verhindern, können Sie stattdessen einen schwarzen Faden verwenden. Und wenn Sie irgendwo vor dem Bildschirm fokussieren, scheint sich das Bild auf dem Bildschirm von Ihrem Finger zu entfernen. Wenn Sie einen schwarzen Faden in einem schrägen Winkel zu einem Raster auf dem Bildschirm verwenden, werden auf beiden Seiten des Fadens keine nicht übereinstimmenden Rasterlinien angezeigt, wenn Sie genau auf den Bildschirm fokussieren, aber nicht genau auf den Bildschirm Die Gitterlinien stimmen tatsächlich nicht überein.

Bearbeitet: Ilmari Karonen hat eine vollständige und überzeugende Antwort auf diese Frage veröffentlicht. Ich lasse diese Antwort trotz Abstimmungen offen, weil sie nützliche Hinweise enthielt: Der Effekt war nicht mit der Beugung von Licht um Hindernisse vereinbar und hatte etwas matschiges mit unvollkommener Fokussierung in einem nicht idealen optischen System zu tun.

Dies wirft die Frage auf, warum Sie nicht sowohl ein direktes als auch ein reflektiertes Bild sehen. Ich vermute, dass der Winkelabstand klein genug ist, damit der Fokus der Kamera die beiden Bilder zusammenführen kann, aber ich habe noch kein gutes Modell dafür.

Es scheint mir, dass dies größtenteils ein Fall von Parallaxe ist. Ihre Netzhaut und Ihr Kamera-CCD sind keine Punktsenken. Sie sind eine Reihe von Punktsenken. Wenn Sie die Punktsenken (Fotorezeptoren) über der Oberfläche jedes dieser Bildsensoren summieren, erzielen Sie genau diesen Effekt.
Sie können dies demonstrieren, indem Sie Ihren Finger weiter von Ihrem Gesicht entfernt halten (um den größeren Abstand zwischen den Sensoren zu berücksichtigen), sich auf etwas im Hintergrund konzentrieren (wie bei Ihrem Beispiel mit einem Auge erforderlich) und mental (oder digital mit einer Kamera) ) Überlagern dieser beiden Bilder.
Sie erhalten eine feste Überlappung, bei der beide Augen dasselbe Bild sehen, und eine unscharfe Kante, bei der die Ansicht unterschiedlich ist.
Versuchen Sie, Ihren Finger noch näher an Ihr Gesicht zu halten. Die Unschärfe um ihn herum wird größer, da es sich um Parallaxe und Parallaxe handelt Effekt wird mit kleineren Entfernungen erhöht.

Es passieren viele Dinge, die Einfluss darauf haben können, was Sie sehen (welche Arten von Verzerrungen auftreten). Einige wurden in anderen Antworten angesprochen (oder ausführlicher besprochen), daher werde ich nicht ins Detail gehen:

1. Blenden- und Fokuseffekte
2. Aberrationen des optischen Systems (gering) Qualitätslinse im Auge oder in der Kamera)
3. Beugung um ein Objekt
4. Ihre Haut (in der Tat Ihr ganzer Finger außer dem Knochen) ist nicht ganz undurchsichtig - ein wenig Licht kommt durch und wird dabei gebogen. Die Verwendung eines Objekts wie Blech oder Bleistift würde dies vermeiden.
5. Ihr Finger ist wahrscheinlich etwas wärmer als die Umgebungsluft. Warme Luft ist weniger dicht und würde daher das Licht leicht von Ihrem Finger wegbiegen. Abhängig von der Ausrichtung können auch Konvektionsströme auftreten, die das Licht weiter vom Finger entfernt beeinflussen. Die Verwendung eines Objekts mit der gleichen Temperatur wie die Luft würde hier helfen.
6. Licht wird durch die Masse Ihres Fingers gebogen (ein sehr, sehr kleiner Effekt, der wahrscheinlich niemals messbar sein wird. Lesen Sie mehr über die Messung Das Licht eines Sterns, das während einer Sonnenfinsternis von 1919 von der Sonne gebogen wurde, war eine der ersten Bestätigungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Es war ein recht kleiner Winkel.)
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Alle von diesen Dingen (und möglicherweise mehr, an die ich im Moment nicht denken kann) wirken sich in ungefähr absteigender Reihenfolge auf das Bild aus und müssen berücksichtigt werden.