为什么在电视里或者是手机里看到的汽车轮子总感觉是在向后转?

不仅电视手机里这样,现实中也是这样,不仅车轮,只要转的东西都会这样,比如电风扇也是,刚打开的时候是转动,然后发现好像越来越慢,最后可能还倒转,你如果留意观察应该会发现。

这个其实很正常,先说电视,电视一般都是24帧,当然现在也有60帧等不同帧率的视频。

视频中播放的就是一幅幅图,然后一秒钟连续播放24张图,连续起来,我们看起来就是动的。

我们假设这是一个轮子

下一帧是这样的

这时候,我们看轮子是在顺时针转动的。

但是假如轮子转的快了,下一帧是这样的。

也就是说,一帧的时间,轮子快转一圈了,甚至已经快转2圈了,我们人眼把两帧连起来看,好像是逆时针反转了一点点

所以说,这是们的大脑欺骗你我们。

由于电视手机播放的视频帧率是提前确定好的,所以这种现象很常见。

现实生活中也很常见,但没有视频那么常见。

那现实生活中的画面没有帧率问题,我们怎么也会看到这种现象呢?

因为我们人眼也有个所谓的刷新率的概念。

就是说,我们人眼睛传给大脑的画面也是一帧一帧的,就像相机快速连拍一样。

还是上面那个图,假如你眼睛连拍的第二张图就是快转一圈的状态了,也会让你的大脑误以为是逆时针反转的一点点。

在电影、电视上看车轮旋转的时候,你一定不能连续地看见那些轮辐,而要间隔一定的时间才能看到它们一次。因为电影、电视的图像是不连续的。在生理结构上,只要我们看到的画面帧率高于每秒10~12帧时,我们的眼睛就会无法分辨静止的画面与动态画面,会认为这是连贯的动作。而电影是每秒24帧,也就是每秒钟里闪过24张画面,而电视则是每秒25帧,换句话说,每隔零点零几秒,你的视线就会因为画面的切换被隔断一次。

这种错觉,正是存在于这段隔断的时间里。这里面有三种可能的情况,让我们逐个来研究:

第一种可能的情况是,在视线被隔断的时间里,车轮刚好来得及转完整数的圈数。这时候车轮的那些辐条在画面上的位置同它们在前一张画面上的位置完全相同。假设汽车的速度不变的话,在下一个同样的时间间隔里,车轮又会转过整数的圈数,于是轮辐的位置还是同以前一样。我们所看到的轮辐自始至终都在同一种位置上,因此会产生车轮不转的错觉。

第二种可能的情况是,车轮在每一个时间间隔里,不但来得及转完整数的圈数,并且还能在这基础上再转过小半圈。看到这种变换着的画面的时候,我们的眼睛不会想到这里还有整数的圈数,而只看见车轮转多了的这一小部分,于是在我们看来,车轮就像是在慢慢地转,每次只转动一圈的一小部分,看上去慢极了。

第三种可能的情况是,在两次摄影的时间间隔里,车轮来不及转完整一圈,离一整圈还差一小部分;又或者转得太快,在转完整数圈后还能再转多一个大半圈。在这时候在我们看来,任何一条轮辐看来都好像在朝着相反的方向转了。这种错觉将会一直持续下去,直到车轮改变它的旋转速度为止。

在信息论中,这种现象其实是“混叠”的一种表现形式。当我们对连续信号进行等间隔采样时,如果不能满足采样定理,采样后信号的频率就会重叠,即高于采样频率一半的频率成分将被重建成低于采样频率一半的信号。这种频谱的重叠导致的失真称为混叠,而重建出来的信号称为原信号的混叠替身,因为这两个信号有同样的样本值。我们看到的车轮不转,甚至向后转的奇妙现象,就是车轮与摄像机采样这两种信号重叠之后产生的混叠。

为了避免这种混叠的现象,美国电信工程师奈奎斯特在1928年提出了采样定理,又称为奈奎斯特定理。奈奎斯特定理说明采样频率与信号频谱之间的关系,是连续信号离散化的基本依据。它指出在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时,采样之后的数字信号将会完整地保留原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.56~4倍之间。

也就是说,如果我们采用频率更高的高速摄像机来采样,并且以同样的高帧率进行播放的话,车轮倒转的现象将会被消除。当然由于经济上的原因,我们很少会用这样的顶级设备去拍摄或播放一部普通的电影,但奈奎斯特提出的这个定理所衍生出来的理论却在我们生活其他方面得到了应用,如音乐信号的降噪,视频信号的抗锯齿处理等。这依旧在让我们的生活更加美好。

因为人眼识别频率不是很高,例如看电视,电视是一个图片一个图片连到一起放,人眼就当成是连续的了,所以录像可以选择帧数,就是一秒多少张图片,大多数15到30帧,30帧已经很高了,就是一秒种均匀录制30张连续图片,放映时候也是一秒钟放30张,如果一秒钟放15张就是1/2慢动作,还有1080p等高清模式,简单理解是每个图片成像点是1920×1080个,如果是720p就是1280×720,当然像素越高看到的画面越细腻,毛边越少。这个像素不止要求录制设备,观看设备也要能播放同样级别画质。所以现在4k(有的是4096×3112)级别最清晰。

说了这么多,马车轮转为什么感觉是在向后转,可能一部分原因是由于转的太快人眼识别不了,只能一瞬不准一个位置,一瞬捕捉一个位置,而且画面在脑中短暂停留,人脑重新组合画面,造成向后转的假象,所以很多问题眼睛会欺骗我们。

1.视觉效果差,人的眼睛产生的视觉差。

2.眼见未必为真实的面目,当你很注意某个物体的时候,你会发现这个物体超出你的认知程度。

3.进入眼睛的物体经过神经传导到大脑再传达给我们,这其中的时间间隔让我们产生轮子在反转的错觉。

希望我的回答能帮助到你。

这跟摄像机有关系。每个物体运行都是有频率的。或大或小都会造成视觉上的误差。就像拍摄直升机感觉它的螺旋桨。没有动一样。更专业的上的解释我就不懂了。

2022-02-15

2022-02-15