テレビで回転する刃が奇妙に見える理由

強盗容疑者が逃走中で、地元ニュースは警察のヘリコプターが街路を捜索している映像を再放送している。もっと知りたいと思って画面に全神経を向けると、何かがひどく奇妙に見えることに気づきました。ヘリコプターのブレードが回転しているように見えます...逆向きですか？

驚くべきことに、あなたが目撃していることはそれほど珍しいことではありません。司会者のローレン・フォーゲルバウムが上記の BrainStuff ビデオで説明しているように、ヘリコプターのブレード、飛行機のプロペラ、天井のファン、さらには車のタイヤのリムなどの高速で回転する物体はすべて、ビデオや映画では奇妙に見える可能性があります。後ろ向きに回転しているように見えたり、回転が遅すぎたり、まれに静止したり、奇妙な角度で曲がったりしているように見えることがありますが、実際には通常の速度で正しい方向に回転しているのです。

この効果を理解するには、まずいくつかのことを知っておく必要があります。映画やビデオは一連の静止画像をキャプチャし、それらを高速で連続して再生し、それを私たちの脳が動きとして解釈します。目の錯覚が発生する場合は、オブジェクトのキャプチャ方法、つまりシャッタースピードとフレームレートの設定が原因である可能性が高くなります。

シャッタースピードは、写真を撮るたびにカメラが光を集める時間を表します。フィルムまたはデジタルピクセルアレイが光にさらされる時間が長ければ長いほど、画像に現れるモーションブラーが増加します。あなたがナイフ投げ競技の大ファンで、出場者の行動を記録したいとします。

これを簡単な計算で見てみましょう。あるナイフ投げ手が毎秒 10 メートル (32 フィート 10 インチ) の速度で刃を投げ、カメラのシャッターが 4 分の 1 開いているシャッタースピードで撮影したとします。カメラが各フレームを露光している間に、ナイフは 2.5 メートル (8 フィート 2 インチ) 移動します。結果？ビデオではナイフが縞模様のぼやけのように見えます。しかし、同じナイフを同じ速度で撮影し、シャッタースピードを 1/1000 秒にすると、各写真を撮る間にナイフは 1 センチメートルしか移動しません。最終的な結果は？ナイフ投げの達人（できれば）の鮮明で鮮明な映像。

これと同じナイフ投げの例えが、シーリングファンやヘリコプターのブレードなどの回転するブレードにも当てはまります。長時間露光するとヘリコプターのブレードがぼやけて見えますが、シャッタースピードを速くすると、普通に見えるパターンから個々のブレードの外観まであらゆるものが作成されます。

1 秒あたりのフレームレート (FPS) も、フィルムやビデオでの画像の表示方法に影響します。ヘリコプターのブレードをもう一度見てみましょう。ブレードが毎秒 24 回正確に回転し、毎秒 24 フレームで撮影している場合、最終的な画像キャプチャには、停止しているように見えるブレードが表示されます。これは、カメラがフレームをキャプチャするたびにブレードが開始位置に戻るためです。

FPS がブレードの回転より少し速く設定されている場合、各フレームで開始位置に「ほぼ」戻り、最終的には逆回転しているように見えます。

目の錯覚はそれだけではありません。特に動きをデジタルでキャプチャした場合、プロペラやヘリコプターのブレードが断片化または曲がって見えることがあります。これはピクセルキャプチャの方法が原因で発生します。ほとんどのデジタルカメラは、フレーム全体を同時に露光するのではなく、プログレッシブ方式で一度に 1 行のピクセルをサンプリングしてフレームを埋めます。物体が非常に速く動いている場合、このローリングシャッターは歪んだ形状を捉えます。

携帯電話でビデオを撮り、前後に素早くパンすることで、この効果を自分で再現してみることができます。最終製品で固体物体が曲がって見える場合は、携帯電話のカメラがローリングシャッターを使用している可能性があります。

いくつかの絵の中の人々の目があなたを追っているように見えるのはなぜですか? それはすべて、絵画の制作方法に由来します。影、光、遠近感が適切であれば、それは目の錯覚となり、見られているような感覚を与えます。そうじゃないですか、モナリザ？