Viele der Photonen, die von nahe gelegenen Objekten kommen, wandern zu Ihrem Auge, ohne einen Regentropfen zu treffen. Photonen, die sich von weiter entfernten Objekten entfernen, haben jedoch eine größere Chance, einen Regentropfen zu treffen, bevor sie Sie erreichen. Dadurch wirken entfernte Objekte dunkler oder schwieriger zu sehen.

Vielleicht interessieren Sie sich für dieses Papier von Garg und Nayar, in dem die visuellen Verzerrungen und andere durch Regen verursachte Effekte analysiert werden. Der Zweck des Papiers bestand darin, Regen aus visuellen Erkennungssystemen heraus zu bearbeiten und Regen in Computergrafiken zu bearbeiten. Scrollen Sie nach unten zu Abschnitt 4.1 Dynamik des Regens und Abbildung 5, die zeigt, wie einzelne Regentropfen eine "komplexe Abbildung der Umgebungsstrahlung" erzeugen.

Die Autoren schließen daraus, dass "Regentropfen fallen" mehr oder weniger in die gleiche Richtung ... die Verteilung der Tropfen ist räumlich und zeitlich gleichmäßig, [und] das binäre Feld ... aufgrund von Regen ist weitestgehend stationär. "

Mit anderen Worten, Wenn Sie durch Regen sehen, erhalten Sie eine allgemein stationäre Ansicht des Hintergrunds. Wenn Sie jedoch den Lichtpfaden durch den Regentropfen folgen (siehe Abbildung 5), werden Sie feststellen, dass jeder Tropfen das Licht nicht nur vom Hintergrund, sondern auch von oben lenkt und unten auf dich zu. Es ist, als ob Ihre Sicht aus zahlreichen Pixeln besteht, die nicht nur das enthalten, was Sie aus der Blickrichtung sehen würden, sondern auch aus anderen Richtungen, in die Ihr Blick nicht gerichtet ist. Dies könnte teilweise die trübe Natur dessen erklären, was wir bei starkem Regen sehen.

Geringe Dichte von Regentropfen ist die Antwort. Die Änderung, die wir in der Szene aufgrund des Regens sehen, kann jedoch mit der Modulationsübertragungsfunktion (MTF) (für jedes optische System) oder der Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF,) erklärt werden. nur für das Auge charakteristisch).

Höhere räumliche Frequenzen, die der Szene hinzugefügt wurden, und niedrigere räumliche Frequenzen, die durch fallende Regentropfen unterdrückt wurden, verringern den Kontrast des Bildes.

Mit freundlicher Genehmigung

CSF zeigt uns, wie sich der Kontrast eines Bildes in unserem Gehirn mit den räumlichen Frequenzen in der Szene ändert: Mit freundlicher Genehmigung ( photopic - gut beleuchtet, mesopic - mittel, scotopic - Szene bei schlechten Lichtverhältnissen) .Jetzt zu den Zahlen.

1. Durchschnittliche Geschwindigkeit eines fallenden Regentropfens: 10 m / s
2. Integrationszeit des menschlichen Auges (Zeitpunkt, zu dem ein Bild der Szene in den Zellen Ihres Auges erstellt wird): 0,1 s (Stäbe, Formwahrnehmung), 0,01 s (Zapfen, Farbwahrnehmung). Wir wählen die Zeit für Stangen: Wenn Sie durch den Regen schauen, suchen Sie zuerst nach den Formen der Objekte (sehen Sie sich entfernte Objekte im Bild an).
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Während der Integrationszeit Der Regentropfen fliegt 0,1 [s] * 10 [m / s] = 1 [Meter]. Grob gesagt ist jeder Regentropfen ein Meter langes Objekt im endgültigen Bild, mit dem sich Ihr Gehirn befasst. Während dieser Zeit (0,1 s) gelingt es dem Regentropfen, so viele Lichtstrahlen (so viele Photonen, die auf Sie zufliegen) aus so vielen Richtungen zu brechen ("zu biegen"), dass Sie bei gleichzeitiger Aufnahme fast keine nützlichen Informationen über die Szene erhalten. Wir können also annehmen, dass der Regentropfen ein fast undurchsichtiges meterlanges Objekt in der Szene ist. Fast , weil:

1. JDlugosz 'Kommentar: "Wenn Sie die Belichtung integrieren, ist der" meterlange "Stab nicht undurchsichtig, da meistens kein Segment vorhanden ist blockiert. Sie erhalten 90% klare Sicht und 10% Rauschen aus dem Bruchteil der Belichtungszeit, in der sich ein Regentropfen an dieser Stelle befand. "
2. Alex 'Vorstellung von Photonen, die aus anderen Richtungen kommen, ist wahr und Regentropfen sind für uns aufgrund von Beugungseffekten nicht völlig undurchsichtig.
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Alex hat diese Entfernung auch richtig bemerkt Objekte sind im Regen schwerer zu sehen. Mit zunehmender Dichte meterlanger undurchsichtiger Objekte nimmt der Kontrast des Bildes ab. Dies liegt an der Modulationsübertragungsfunktion) des Auges.

Da zwischen den Regentropfen Platz ist, wandern einige Lichtstrahlen vom Gebäude zu Ihrem Auge, ohne einen Regentropfen zu treffen. Einige andere Strahlen, wenn Licht zufällig gestreut wird, wenn sie auf Regentropfen treffen. Ihr Gehirn sieht das Gebäude durch den Dunst, weil das ungestreute Licht immer das gleiche Bild des Gebäudes vermittelt, während das gestreute Licht zufällig ist. Ihr Gehirn weiß, was real ist und was nur Regenstreuung ist, weil das, was real ist, ständig da ist.

Ich würde bestreiten, dass wir durch Regen sehen können.

Jede Sichtlinie, die auf einem Regentropfen endet, ist daran gehindert, das entfernte Objekt zu erreichen. Wenn wir tiefer in das Regenfeld schauen, enden mehr Sichtlinien auf Regentropfen und Bilder entfernter Objekte werden weniger deutlich. Wenn sich die Wahrscheinlichkeit, dass ein LoS auf einem Regentropfen endet, der Einheit nähert, ist die Sichttiefe auf diese Entfernung begrenzt.

Genau dies passiert, wenn Sie unterwegs sind in einer sehr regnerischen Umgebung wie einer Bergkette oder auf See. Die Sichtgrenze ( Sichtbarkeit in Seemannsbegriffen) kann etwa 1 km betragen.

Eine genaue Parallele dazu findet sich in Olber's Paradox

Zwei Hauptgründe. Erstens ist die Regentropfendichte sehr gering. Erinnern Sie sich daran, wie es manchmal scheint, als würde es regnen, aber Sie gehen raus und werden kaum von 10 Tröpfchen pro Sekunde getroffen. Es macht Sinn, wenn es regnet, ist es immer noch meistens Luft. Wenn der Niederschlag $ 10 \, {\ rm mm / h} $ bei $ 10 \, {\ rm m / s} $ beträgt, muss die Tröpfchendichte der Quotient dieser Flüsse sein ($ \ sim 3.6 \ cdot 10 ^ {- 6 } $). Das heißt, bei starkem Regen sind nur wenige Teile pro Million Luft Tröpfchen (vergleichbar mit der Wolkendichte). Ein wichtiger Faktor hierbei ist auch die Projektion: Ein visuelles Bild ist die 2D-Projektion der Tröpfchen: Regentropfen sind riesig und so konzentriert sich dieser kleine Prozentsatz des Volumens zu einem bestimmten Zeitpunkt meist auf wenige Punkte (+ Unschärfe hilft noch mehr). Nebel ist vor allem deshalb schlimmer, weil er Ihr Sichtfeld effizienter abdeckt: Ein Tropfen des Volumens $ V $ deckt $ V ^ {2/3} $ Ihrer Sicht ab. $ N $ Tröpfchen des Volumens $ V / N $ decken $ N ^ {1/3} V ^ {2/3} $ ab. Streudifferenzen helfen auch dabei, noch effizienter zu verschleiern, aber meistens handelt es sich nur um Fragmentierung.

Ein weiterer sehr wichtiger Teil ist die Bewegungsunschärfe. Tröpfchen sind so schnell, dass sich das Tröpfchen innerhalb der Zeitauflösung eines menschlichen Auges (sagen wir 20-50 Hz, abhängig von den Lichtverhältnissen) bis zu einer Entfernung von einem Meter bewegt. Das Tröpfchen verdeckt also niemals einen bestimmten Teil Ihres Gesichtsfeldes vollständig, sondern "blockiert" Ihre Sicht nur für einen Bruchteil der "Belichtungszeit".

Das heißt, wenn Sie durch eine ausreichende Menge schauen von Regen, es macht die Sicht ziemlich viel schlechter. Regenvorhänge am Horizont sind ein häufiger Anblick (möglicherweise mit einem Regenbogen, der wiederum durchsichtig ist).