为什么旋转刀片在电视上看起来很奇怪

作者:劳里·L·多夫

头脑风暴:这就是为什么直升机的桨叶在视频中看起来很奇怪
头脑风暴:这就是为什么直升机叶片在视频中看起来很奇怪工作原理

一名入室盗窃嫌疑人在逃,当地新闻重播了警方直升机扫视街道的画面。你将全部注意力转向屏幕,想要了解更多,这时你意识到有些东西看起来非常奇怪。直升机的桨叶好像在旋转。落后吗?

令人惊讶的是,你所看到的并不是那么罕见。正如主持人劳伦·沃格鲍姆(Lauren Vogelbaum)在报告中解释的那样,快速旋转的物体,如直升机叶片、飞机螺旋桨、吊扇,甚至汽车轮胎轮辋,在视频和电影中都可能看起来很奇怪头脑风暴视频以上。它们可能看起来是向后旋转,旋转得太慢,或者在极少数情况下保持静止或以奇怪的角度弯曲——所有这些都是在实际以正常速度向正确的方向旋转时发生的。

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要理解这种效果,你必须先了解一些事情。电影和视频捕捉一系列静止图像并快速连续播放,我们的大脑将其解释为运动。当产生视错觉时,最有可能的原因是拍摄对象的方式,即快门速度和帧速率的设置。

快门速度是相机每次拍照时收集光线的时间。胶片或数字像素阵列暴露在光线下的时间越长,图像中显示的运动模糊就越多。假设你是掷刀比赛的超级粉丝,你想记录参赛者的动作。

让我们用一个简单的数学来看看这个问题:如果一个掷刀者以每秒10米(32英尺10英寸)的速度投掷刀片,然后以快门速度拍摄。如果相机快门打开四分之一秒,刀片将移动2.5米(8英尺2英寸)当相机曝光每一帧时。结果如何?这把刀在视频中看起来像一个条纹模糊。然而,如果你以相同的速度拍摄同一把刀,但使用千分之一秒的快门速度,它在拍摄每一张照片时只会移动一厘米。最终的结果是:一张照片的清晰画面(希望如此)专家掷刀者。

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模糊、反向运动、曲率……在拍摄旋转叶片时,会发生很多奇怪的事情。
Caroline Vamnes/EyeEm/Getty Images

同样的抛刀类比也适用于旋转叶片,如吊扇或直升机叶片。长时间曝光会使直升机叶片看起来模糊,而较快的快门速度会创造出从正常外观到单个叶片外观的一切。

每秒帧速率(FPS)还影响图像在电影和视频中的显示方式。让我们再看看那些直升机的桨叶。如果刀片每秒旋转24次,并且您以每秒24帧的速度拍摄,则最终的图像捕获将描绘似乎处于静止状态的刀片。这是因为每次相机拍摄一帧时,刀片都会回到其起始位置。

如果FPS设置得比刀片旋转快一点,它们将“几乎”回到每帧中的起始位置,最终结果看起来像是在向后旋转。

视觉错觉也不止于此。有时,螺旋桨和直升机刀片可能看起来支离破碎或弯曲,尤其是当运动被数字捕获时。这是由像素捕获方法造成的。大多数数码相机不要同时曝光整个帧,而是以渐进方式一次采样一行像素以填充帧。当对象移动极快时,此滚动快门捕捉扭曲的形状。

您可以尝试通过在手机上拍摄视频并快速来回平移来重现这种效果。如果固体物体在最终产品中看起来是弯曲的,那么手机的摄像头可能会使用滚动快门。

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