一名盗窃嫌疑犯在逃,当地新闻正在重播一架警察直升机扫视街道的画面。当你意识到有些东西看起来非常奇怪时,你就会把全部注意力转向屏幕,想知道更多。直升机的叶片似乎在旋转……落后吗?

令人惊讶的是,你所看到的并不罕见。快速旋转的物体,如直升机叶片、飞机螺旋桨、吊扇,甚至汽车轮胎的轮辋,在视频和电影中都可能看起来很奇怪,正如主持人劳伦·沃尔格鲍姆在上面的BrainStuff视频中解释的那样。它们可能看起来在向后旋转,旋转速度太慢,或者在极少数情况下保持静止,或者以奇怪的角度弯曲——所有这些都是在以正常速度向正确方向旋转时发生的。

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的图像,然后快速连续地播放,我们的大脑将其解释为运动。当视觉错觉开始起作用时,它很可能是由拍摄对象的方式引起的,即快门速度和帧速的设置。

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,图像中出现的运动模糊就越多。假设你是扔刀比赛的超级粉丝,你想记录下参赛者的动作。

让我们看看这个与快速数学:如果一个刀喷射器把刀片的速度10米每秒(32英尺10英寸),你的电影在快门速度的照相机快门打开四分之一秒,刀将2.5米(8英尺2英寸),而相机暴露出每一帧。结果呢?这把刀在视频中看起来会像一条模糊的条纹。然而,如果你以同样的速度拍摄同一把刀,但使用千分之一秒的快门速度,它在拍摄每张照片时只会移动一厘米。最终的结果吗?清晰清晰的画面(希望如此)显示了一位专业的扔刀者

模糊,向后移动,弯曲…当旋转的叶片被拍摄下来的时候,会有很多奇怪的事情发生。

同样的扔刀类比也适用于旋转叶片,比如吊扇或直升机叶片。长时间曝光会使直升机的叶片看起来模糊,而更快的快门速度会创造出从正常模式到单个叶片外观的一切。

帧速率每秒(FPS)也会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叶片。如果叶片每秒钟恰好旋转24次,并且以每秒24帧的速度拍摄,那么最终的图像捕捉将描绘出似乎处于静止状态的叶片。这是因为每次相机捕捉到一个画面时,刀片就会回到它们的起始位置。

如果FPS设置得比叶片旋转的速度稍快一点,它们将“几乎”回到每一帧的起始位置,最终结果看起来就像是它们在向后旋转。

光学错觉也不止于此。有时候,螺旋桨和直升机的叶片会看起来支离破碎或弯曲,尤其是当运动被数码相机捕捉到的时候。这是由像素捕获方法引起的。大多数数码相机不会同时曝光整个画面,而是以渐进的方式一次采样一行像素来填充整个画面。当物体移动非常快时,这个卷帘门会捕捉扭曲的形状。

你可以试着用手机拍个视频,然后快速地来回移动,来重现这种效果。如果最终的成品看起来是弯曲的,那么你手机上的相机很可能使用了滚动快门。