为什么高速转动的车轮看起来会停转或者反转?

有说法是光源本身有频率,这个频率和车轮转动的频率相互作用,如动画一般的原理。但是我发现在汽车里,在日光下看其他汽车的轮子,也会有这样的效果。难道日光也有频率么?还是另有原因,还是跟轮子的辐条有关系?

事实上,我们虽然认为时间是连续的,但摄像机工作的原理只能是拍摄一帧一帧的照片,当然每帧间隔时间越短质量也越高,但它永远不会是连续的。譬如下面这张实拍的视频,直升机看似是静止的,其实说明,摄像机每拍摄一帧的时间,直升机的螺旋桨都恰好旋转了n圈。

如果可以简单一点理解的话,人眼相当于一个每秒25帧的摄像机(人眼是相当复杂的,它其实不是固定帧数的,大多数放松情况下,人眼能每秒辨别20多幅图像),定量一点,我们可以用如下的几幅图来分析一下。

如果车速较慢,如车轮每秒5圈,相当于每圈0.2秒,假设一秒内把它分解成25帧画面,每圈就是5帧画面,也就是每帧顺时针转动了72度(360/5=72),观察点每帧所在位置分别是12点钟、2点钟、5点钟、7点钟方向,我们看到的车轮就是不断顺时针旋转在前行。

当车速较快,如车轮每秒要转20圈,每圈只要0.05秒,同样一秒采集25帧,每圈只有1.25帧的画面,也就是每帧顺时针转了288度(360/1.25),这样就会出现上图这样的情况,人眼看到观察点的第一帧是在12点钟方向,第二帧顺时针转动了288度到达10点钟方向,第三帧再转288度一共转了576度,也就是转了一圈还有216度到达7点钟方向。也就是观察点从12点->10点->7点……,就分明就是逆时针反转啊。

如果观察点永远停留在12点,有什么要求?那就要求每帧要转动360度的倍数,也就是车轮要求每秒转25圈的倍数。

其实在信息论里对这些问题早已有了足够的研究,1928年由奈奎斯特首次提出,1948年由香农(信息论创始人)正式作为定理引用,称为香农-奈奎斯特采样定理。这条定理说的是,采样频率至少要是信号最高频率的两倍,才能完成采集信息。

当车轮跑起来,跑快了,会感觉车

轮子

是向后转,就是因为车的转速达到了一个值,使上一刻的暂留影象与下一刻的之间的距离明显小于两跟辐条间的距离,造成了一种视觉假象。这涉及到一个光学概念的问题——视觉停留。

一、视觉停留的定义

视觉暂留现象是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后,仍保留一段时间的现象,其具体应用是

电影的拍摄

和放映。原因是由视神经的反应速度造成的。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。 视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像,感光细胞感光,并且将光

信号转换

为神经电流,传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素,感光色素的形成是需要一定时间的,这就形成了视觉暂停的机理。

二、车轮反转的原理

比如用

轮胎

打气的气嘴作为标记,假定你看到的第一个画面是气嘴在12点方位,如果在0.08秒后转动到了1点钟方位,那大脑接受到的第二幅画面就是气嘴在1点的位置,接下来在2点...3点...所以连起来感觉中就是倒退的。

三、如果还不明白的话,在就拿相机和时钟来举不太恰当的例子。一个只有时针,可以显示12种不同时刻。每12小时拍一次,我们会发现时间停止了;每6小时拍一次,会不能知道时钟是正时针旋转还是逆时针旋转;每3小时拍一次,仍然不知道拍了1次是过了3小时,还是过了15个小时。

我觉得在日光下用肉眼直接观察车轮应该不会出现这种视觉现象,用摄像机拍摄时在屏幕上倒是可以看到。至于你说旋转的轮子上的条幅花纹在日光下用肉眼观察看到的应该是一个模糊圈,并不会看到它转动的纹路,下次你再注意观察一下。

这和摄像机的拍摄篇幅有关,也和车轮的车轮毂辐有关。就是相位。

现在摄像机的拍摄篇幅一般是每秒24幅画面。如果车轮的轮毂辐在两幅图像的位置是顺时针排列的,看起来就是正常的。如果是逆时针排列的,就是反转的。

前两天与朋友一起吃饭,讨论时下最热的的电视剧《人民的名义》和《剃刀边缘》,不知为何突然谈到宽带的问题上来了,朋友抱怨自从去年升级了100M光纤,身体越来越差了。老司机请帮忙分析下,朋友去年只干了下面两件事,为何身体会变差。

guangxian

升级了100M光纤

升级了光纤

开通了迅雷会员

开通了会员,但不是不知道在下的啥东西

作为朋友我只能建议他多锻炼身体,老司机们,麻烦帮忙分析我的这位朋友为什么会身体越来越差了?最近视力好像还下降了。

2022-01-18

2022-01-18