題:
為什麼我們看不到在紙上反射的圖像?
katana_0
2018-11-27 16:12:56 UTC
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為什麼您看不到在紙上反射的圖像?假設您將筆放在紙的前面,即使光線來自其他來源,擊中了筆,向後反射,再擊中了紙,也沒有反射。

以下“射線圖”有什麼問題,為什麼甚至沒有發生這種情況,並且筆的圖像沒有在紙上形成(右側是紙)?

enter image description here

那時候 當您將火炬照在紙上時,您能看到火炬的圖像嗎?

當在筆前面放一個凸透鏡時,為什麼現在可以在紙上看到筆的圖像?

如果您的問題是關於紙張和鏡子的反射率(漫反射和鏡面反射)之間的差異,則可能需要查看Wikipedia頁面:https://en.wikipedia.org/wiki/Diffuse_reflection。
某些類型的紙張實際上具有很好的反射性(除了白度之外,這已經證明了反射率)-通常不是非常環保的非常漂白的紙張。如果拿起鉛筆放在紙上,可能會看到它。然後變得明顯的第二個效果是,當您最小化與紙平面的角度時,它會變得更加鏡像(與漫長而炎熱的夏季道路上的效果相同)。
圖紙+1
為什麼要用紙而不是鼠標墊,床單或磚牆?鏡子,拋光的銀板或水面上沒有的東西是什麼?
九 答案:
Ilmari Karonen
2018-11-27 23:37:39 UTC
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因為實際情況看起來像這樣:

Diagram of diffuse light scattering from a pen onto nearby paper

您的筆(大概)不是由類似鏡面的拋光金屬製成的,而是由漫反射光的木材或塑料製成的。這意味著筆的各個部分發出的光會散佈在整個紙張上(當然,還有其他方向),因此不會在紙上投射出清晰的圖像。

(而且,由於紙張本身也是漫反射器,因此撞擊紙張的所有光會再次向各個方向散射,並且其中一些最終會落到您的眼睛上。如果用鏡子更換紙張,則只有來自正確方向的光線才有可能被反射到您的眼睛,因此您會看到清晰的反射圖像。)


好的,那為什麼筆至少不能在紙上形成模糊的圖像呢?好吧,實際上確實如此。

這是我剛用手機拍的照片。抱歉,它有點暗,我想確保自己沒有燒光。

Photo of yellow pencil and red ballpoint pen on white paper

如果仔細仔細地觀察,您會在鉛筆附近的紙上看到一點點淡黃色的跡象,而在筆附近看到的是一點紅色。這些淡淡的顏色是由筆和鉛筆反射到紙張上的光線引起的。但是它們不是很亮,因為擊中紙張的大部分光線仍然來自其他方向(主要是照亮場景的燈),並且不是很清晰,因為光線確實會從筆和鉛筆上反射出來傳播到各個方向。

以防萬一您在屏幕上看不到它,這是同一張照片,其顏色級別已調整為最大對比度:

Photo of yellow pencil and red ballpoint pen on white paper, colors adjusted

我敢打賭,您現在可以看到它。看起來好像筆和鉛筆在發光……從技術上來說當然是。當然,不是用它們的自己的光,而是用照亮它們的燈的反射光,就像月亮在反射的陽光下發光。

作為獎勵,如果您仔細觀察,還可以在鉛筆附近的紙上看到一些較亮的點。這些是鉛筆上的光澤印刷品的鏡面反射。因此,實際上我們在同一張圖片中同時展示了漫反射和鏡面反射。

關於筆的反射率影響的有趣觀點。在照片中,看起來確實有光澤的紅筆確實比鉛筆在紙上反映出更清晰的色調。
從技術上講,我的意思是,筆自發光。只是光遠遠超出了可感知的波長和強度範圍。
在3D渲染領域中,這一效果也是非常重要的。十分流行的[Cornell Box](https://www.youtube.com/watch?v=XbUO3vO0vr8)測試表明,有色牆壁反射的光確實會影響附近物體的外觀顏色,原因之一是整個牆壁充當光源。在3d渲染中執行此操作通常涉及光子貼圖,該技術基本上是對您在第一張圖片中顯示的所有散射光子進行建模的技術。
可以,但是為什麼我們看不到紙/牆壁上發光棒的反射,卻能看到手電筒的反射?當手電筒的光射到牆上時,它也不會擴散嗎?
另請注意,有許多不同種類的紙張。如果您手邊有一些有光澤的塗層紙(例如許多雜誌封面或照片紙),則可能會看到它的反射,因為它的表面很光滑。OTOH,一個粗糙的牛皮紙袋比普通書寫紙還要糟糕。並要注意的是,普通書寫/打印機紙的粗糙紋理表面有助於保持墨水。
即使在使用手電筒的情況下,@alxchen仍會看到其_light_,但看不到發出光的纖維/晶體的_image_,這與筆和鉛筆在此答案的照片中相同。
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出於同樣的原因,@alxchen也使筆在紙上反射了光線(請參見此答案的第二張照片)。因為手電是光的一個來源(也是一個明亮的光源!),所以它更明顯,因為它更強烈,而筆僅反射擊中它的光,通常來自遠處的光源,因此大大衰減了。
@alxchen:您可以完全看到熒光棒發出的光線從牆壁反射,至少在它足夠暗的情況下,並且您將熒光棒放在離牆壁足夠近的地方。但是它不會很亮,因為熒光棒通常不會那麼亮,而且會變得很模糊,因為與手電不同,熒光棒向各個方向發光。實際上,僅將手放在熒光棒和牆壁之間可能會更容易看到,因為手的陰影會提供一些對比度。或將一些紙捲入試管,將熒光棒放入內部,然後將試管指向牆壁。
誠實的問題:在提供的照片中,您沒有看到物體的模糊反射嗎?以鉛筆為例,除了不變的圖像中的黃色主體外,我還可以很容易地辨認出鉛筆芯和錐形切口。我什至得到暗示的刻字。
修改後的圖像顯示光線散射的方向錯誤。用鏡子更換紙,光從筆上散射都沒關係:您會看到清晰的反射。撞擊紙張的光線會向多個方向散射,使其無法像鏡子一樣形成清晰的圖像。您的光線應該從**紙**而不是筆上散射。
@CJDennis: OP也沒有在其原始圖中繪製從紙張到觀察者眼睛的任何光線,因此我認為它們是理所當然的。(我確實添加了一個括號,說明對於鏡面表面,只有部分光線會反射到觀看者的眼睛上,因為我意識到這也可能是造成混淆的原因。)
嗯撞擊筆的光的擴散與它無關。畢竟,您可以在鏡子中看到一支筆。問題是光的擴散擊中紙張。
@morten: **否**。首先,它不被稱為“擴散”。第二,擊中筆的光的散射也與它有很大關係。與激光束髮散不大的激光指示器進行比較,因此您可以在紙上看到其“清晰”圖像。幾乎所有的光子都到達紙上的那個微小區域,從那裡開始散射,但是您仍然看到紙上的點。實際上,光從紙上的散射確保了無論您以什麼角度看都可以在紙上看到激光束的圖像,並且也不會在任何角度都看不見。
@user21820您說得對。來自筆的光的散射是其中的一部分。我很快就說這與它無關。然而。如果筆以某種方式沒有散射光,那麼整個問題就不那麼重要了。一切都散射光。紙張無法反射的原因與紙張有關,而不僅僅是您面前的物體。但是,是的,有一些例外,例如激光和手電筒在某種程度上都有自己的發光方式。
@morten:對。基本上,光學和視覺是複雜的現象。=)
如果筆的散射與鏡像有很大關係,則筆也不會在真實的鏡子中顯示。真正的鏡子沒有任何分散散射的聚焦特性。您可以看到激光筆的事實是它是更亮的“光源”(筆通過其反射率也可以作為“光源”)。如果讓筆發出與激光筆相同的光量,則1)您可能會燒紙,2)否則,您會在紙上看到它的“反射”(並且在筆芯中變得盲目)處理)。
我否決了這個答案。廢話
@user21820如果使用透鏡將來自筆的光線聚焦到紙張上,則會得到二維圖像,即,如果從某個角度查看,它將看起來“變平”。如果您在鏡子前面查看筆,您將看到一個具有透視圖的三維圖像,即,您在移動頭部時會看到筆的不同部分被反射。
Yuval Weissler
2018-11-27 16:15:14 UTC
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您將不會看到筆在紙上形成的真實圖像,也不會看到筆在紙上的反射所產生的虛擬圖像。

您看不到在紙上形成真實圖像的原因是筆的散射光正在發散,並且要查看圖像,筆上單個點的所有光線必須會聚到一個點上。紙。這就是為什麼將聚光鏡放置在正確的位置會形成圖像的原因。

之所以看不到反射的虛像,是因為紙張的反射是漫反射而不是鏡面反射,即入射光線是隨機散射的,而不是“入射角等於反射角”。

儘管在我們看來,紙的表面看起來是平坦且靜止的,但是在原子水平上,任何材料的表面中的原子都在快速運動:各個粒子(質子,中子,電子)在旋轉,並且還在旋轉關於彼此。該運動在量子水平上發生。單個原子的運動通常不與相鄰原子協調。來自物體(這裡是鋼筆或鉛筆)的入射光被吸收,然後重新發射,但是相鄰原子沿非常不同的方向重新發射(“散射”)的可能性非常大。
那麼為什麼我們能從紙上看到手電筒的光呢?
@alxchen因為手電筒的光被引導到紙張的特定區域。它比其他部分照亮紙張的該部分。請注意,這不像是一個鏡子,當您移動頭部時,紙上的明亮部分不會移動。
@alxchen [查看下一個圖像。](https://i.imgur.com/HHqxx6l.png)手電筒發出的光大部分到達紙張中心的幾厘米寬,而有些則到達更寬的位置。區。然後,從該部分開始,光沿所有方向擴散散射,如此答案所述。現在,如果您從任何POV看紙,您會看到從同一中央部分散射的光。
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@alxchen以及為何定向來自手電筒的光的原因:[手電筒具有接近拋物線的反射鏡](https://www3.ul.ie/~rynnet/swconics/1parabolic_light.gif)大部分的光都朝著相同的方向。
@JiK感謝您的答复!但是我們不能同樣地爭辯說,手電筒發出的光線會在紙上漫反射,這就是為什麼我們不應該看到它的原因?
@alxchen選取紙張的特定點,然後思考從該點到您的眼睛的光線來自何處。在筆和紙的情況下,(1)和(2)一起意味著從紙的某個點到您的眼睛的光線可以源自筆的各個不同部分,因此您看不到筆的圖像在紙上。在“手電筒和紙張”示例中,紙張的某些部分不接收任何光線,而某些部分接收到光線(並將某些光線散射到您的眼睛),因此您可以看到某些區域被照亮,而某些區域則沒有。
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這不是筆的光散射。來自_paper_的光散射是未看到反射的原因。如果可以通過筆的散射來解釋它,那麼您將不會在鏡中看到筆的反射。鏡子的行為與紙張不同。
Jan Hudec
2018-11-28 03:29:34 UTC
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當來自同一點的多條光線在另一點再次相遇時,便會形成真實的圖像。沒有光學元件,光線只會沿自己的不同方向傳播,不會再相遇。因此沒有圖像。

當在筆前面放一個凸透鏡時,為什麼現在可以在紙上看到筆的圖像?

因為凸透鏡使光線彎曲,所以源自筆上任何給定點的發散光線(只要它比焦點還遠)就會在另一側開始會聚。基本規則是,穿過透鏡中心的光線會通過焦點,而平行於光軸的光線會通過焦點。

這些規則允許您通過鏡頭追踪三種不同的光線,並且它們在另一側相交的位置處,存在真實的圖像(如果它與一張紙重合,則可以看到該圖像)。您也可以追踪其他射線,但這需要更高級的分析幾何。

什麼時候將火炬照在紙上就能看到火炬的圖像?

我說的是一個真正的火炬-就像一根棍子,一根燃燒的碎布纏繞在一端,您不會。您只會在紙張離割炬更近的地方看到一個照亮的地方。

如果您談論的是電子種類,則大多數都是反射鏡,也就是說,它們在發光元件後面裝有拋物面鏡。

應該安裝鏡子,使發光元件比焦點更靠近鏡子,在這種情況下,沒有真實圖像,而是鏡子後面有虛像。如果光線不是太亮而不能直接進入虛像,則可以直接看到虛像。

但是有時鏡子安裝得離發光元件太遠(或者可以將其放置在可變焦點燈中),然後在可以投射在紙上的光線之前會有真實的圖像。

您能否詳細說明為什麼我們可以在一張紙上看到手電筒的光?那部分使我難以理解。
出於同樣的原因,@alxchen,會導致您看到紙張,鉛筆或其他任何東西最初都不會發出自己的光-由於環境反射。物體反射落在其上的光,並向各個方向散射,因此您看不到光源的圖像,而只是反射物體的圖像。在光源附近,光線更加強烈,因為它尚未在這麼多的表面上伸展,因此環境反射也更強。
morten
2018-11-29 18:57:11 UTC
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在鏡子中,根據“ 反射定律”,光極有可能僅以一個角度反射(我不知道為什麼會這樣)。在紙上,它還可能在所有其他方向上反映出來。因此,在紙上,鉛筆的圖像被從環境中所有其他位置擊中的光線淹沒。筆上每個點的光都會擊中紙張上的每個點,從而有助於擴散其自身的圖像。

使用鏡頭,如果唯一撞擊紙張的光是通過鏡頭,或者至少其他光線足夠暗,您將只能在紙上看到筆的圖像。同樣,鏡頭必須在正確的距離上,以便它將所有從筆上的一個點到紙張上的一個點的所有光線聚焦。在這種情況下看到圖片的原因是,從鏡頭的角度看,筆上的每個點(筆上只有一個點(或那裡的任何其他東西))都會碰到紙。這意味著從該點在紙上反射的所有光僅來自筆上的一個點。

手電筒將發出定向光,因此,來自手電筒上一點的光僅會碰到紙張的一部分。由於光比來自環境的光要亮得多,因此射入您的眼睛的光將僅來自手電筒上的一個點,從而重現了手電筒的圓形。

這裡有一些草稿插圖。藍色是直射眼睛的光線,紅色是直射眼睛的光線。

筆到紙:(某一點的光線照亮了紙的所有部分) enter image description here

筆鏡:(每個入射角從一個點發出的光僅在一個方向上反射) enter image description here

筆穿過鏡頭:(鏡頭彎曲入射光,以便在筆和紙之間的給定距離比下,每個點僅照亮紙上的一個點) enter image description here

手電筒:(對於手電筒上的每個點,定向光僅照亮紙張上的一個點) enter image description here

這個答案很好!圖片很有意義。
phr
2018-12-01 07:13:25 UTC
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發生了幾件事,使鏡子和紙對光的反射不同。

首先,如果您在顯微鏡下檢查紙的表面,您會看到非常粗糙的表面。這種粗糙度具有散射光的作用。想像一下試圖在覆蓋有各種尺寸岩石的桌子上打乒乓球。乒乓球會意外地反彈。相反,鏡子對光非常光滑,因此光可以在可預測的方向上反射。

另一個區別是材料的電導率。光是電磁的,會與電子相互作用,從而改變其運動。大多數電子與特定原子鍵合,因此它們的運動範圍受到限制。電導體還具有一些可以在原子間自由游動的電子。通過使金屬具有光澤,我們可以看到這種額外的遷移率。鏡子中的銀是很好的導電體,玻璃使銀保持光滑並保護其免受空氣污染。結合使用後,表面非常光滑,具有最大的金屬光澤。

相反,該紙表現出另一種現象。可以吸收光,並將其能量重新發射為一種顏色,與顏色的關係比與光源的關係更大。通過檢查黑色(紫外線)下的許多東西可以看出這一點。有些物體看起來很暗。即使黑色燈泡不提供該波長的光,其他光源也會在紫外線下發出白色或特定顏色的光。人工產品及其包裝經調整對人們有吸引力,尤其如此。例如,比較在普通照明下都是白色的紙張和泡沫聚苯乙烯。在紫外線下,紙張通常會發出明亮的白色光,但泡沫聚苯乙烯會顯得暗淡無光。發生這種情況是因為紙張吸收了不可見的UV能量,並成為可見光的來源。其中某些情況也發生在普通照明下,並有助於紙張的亮度。

這個。這是正確的答案。
Ján Lalinský
2018-11-28 04:46:29 UTC
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光以相似的強度沿所有可能的方向從筆上散射,因此紙張的一個點被來自筆所有點的散射光照亮,並且一個點的圖像非常模糊。僅當紙上的某個點僅從某個點或筆上的一小部分發光時(例如使用鏡頭或照相機遮蓋物時),才能獲得更好的圖像: https://en.wikipedia.org/ wiki / Camera_obscura

lurscher
2018-11-28 05:01:33 UTC
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反射或拋光的表面尊重並保持入射光束在其點上的角度接近性。出射強度分佈圖中保留的入射強度的角度接近度越小,表面看起來越瀰漫和“無光澤”

katana_0
2018-11-30 21:31:53 UTC
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(我是OP,這是我可以從答案中得出的解釋。我不確定這是正確還是正確,有人可以指出嗎?)

當其他光源發出的光在X上反射並反射回我們的眼睛時,我們看到了X物體/ X物體本身發出光。有兩個因素決定著我們是否可以在屏幕上看到物體的反射(紙張/鏡子等)

  1. X發出的光的強度
  2. 表面或屏幕上的反射。
  3. ol>

    在紙和筆的情況下(1)偏低,而(2)在隨機方向上的散射反射使它甚至更低,這就是為什麼反射幾乎看不見的原因。

    在紙張和手電筒的情況下,雖然(2)相同,但(1)很高,因此我們可以在屏幕上看到手電筒。對於激光而言,(2)的強度更高,這就是為什麼從各個方向都可以清楚地看到一小束激光的原因((1)中的散射反射使得可以從各個方向均勻地看到)。

    在紙和筆帶有凸透鏡的情況下,雖然(2)和(1)都相同,但凸透鏡會將從筆發出的所有光線聚焦到屏幕上的單個點(這是一個近似,但大致可以),這使強度非常高。現在,事情與胡椒和激光的事情一樣。

我會說這些因素是:1.方向性,2.強度,3.表面反射特性。
對於激光,決定強度的不是強度,而是從中發出的光的方向性。火炬也一樣。非常強烈但無方向性的光將不會在僅散射光的表面上反射。但是,所有表面的散射確實會達到一個程度,而反射會達到另一個程度,因此請考慮到這一點。
至於靠近紙的筆,似乎有點反射,這是因為來自筆上某一點的光現在會不成比例地照射到紙的較近部分,從而產生較高強度的照明區域。
Michael Hardy
2018-12-02 02:41:37 UTC
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我不敢相信在這裡張貼了多少廢話,以及對那些無意義的答案授予了多少贊成票。我們被告知這是因為筆沒有像鏡子一樣打磨,而不是因為紙沒有像鏡子一樣打磨。但這無法解釋為什麼您可以在鏡子中看到同一支筆的反射。

落在鏡子上的光在入射和反射角度相同的方向上被反射。落在白紙上的光會被反射但會散射,從碰到紙的位置向各個方向傳播。

我相信我的回答並不反映您的批評。


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