Perché le lame rotanti sembrano strane in TV

Un sospettato di furto con scasso è in fuga e i notiziari locali stanno trasmettendo le riprese di un elicottero della polizia che perlustra le strade. Rivolgi tutta la tua attenzione allo schermo, volendo saperne di più, quando ti rendi conto che qualcosa sembra terribilmente strano. Le pale dell'elicottero sembrano girare... all'indietro?

Sorprendentemente, ciò a cui stai assistendo non è poi così insolito. Oggetti che ruotano velocemente come pale di elicotteri, eliche di aeroplani, ventilatori a soffitto e persino cerchioni di pneumatici di veicoli, possono sembrare strani in video e film, come spiega la conduttrice Lauren Vogelbaum nel video BrainStuff sopra. Potrebbe sembrare che girino all'indietro, che girino troppo lentamente o, in rari casi, che restino fermi o si pieghino ad angoli strani, il tutto quando in realtà girano nella giusta direzione a una velocità normale.

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Per comprendere questo effetto, devi prima sapere alcune cose. Film e video catturano una serie di immagini fisse e le riproducono in rapida successione, che il nostro cervello interpreta come movimento. Quando entra in gioco l'illusione ottica, molto probabilmente è causata dal modo in cui gli oggetti vengono catturati, ovvero dalle impostazioni della velocità dell'otturatore e del frame rate.

La velocità dell'otturatore è una misura di quanto tempo la fotocamera raccoglie la luce ogni volta che scatta una foto. Quanto più a lungo la pellicola o la matrice di pixel digitali viene esposta alla luce, maggiore sarà l'effetto movimento nell'immagine. Supponiamo che tu sia un grande fan delle gare di lancio di coltelli e desideri documentare le azioni dei concorrenti.

Esaminiamolo con un po' di matematica veloce: se un lanciatore di coltelli lancia una lama a una velocità di 10 metri (32 piedi e 10 pollici) al secondo e lo filmi a una velocità dell'otturatore in cui l'otturatore della fotocamera è aperto per un quarto di un secondo, il coltello percorrerà 2,5 metri (8 piedi e 2 pollici) mentre la fotocamera espone ciascun fotogramma. Il risultato? Il coltello apparirà come una striscia sfocata nel video. Tuttavia, se si spara allo stesso coltello alla stessa velocità, ma si utilizza una velocità dell'otturatore di un millesimo di secondo, percorrerà solo un centimetro durante lo scatto di ciascuna foto. Il risultato finale? Filmati nitidi e chiari di un (si spera) esperto lanciatore di coltelli.

Questa stessa analogia con il lancio dei coltelli si applica alle pale rotanti, come i ventilatori da soffitto o le pale degli elicotteri. Le lunghe esposizioni rendono le pale dell'elicottero sfocate, mentre velocità dell'otturatore più elevate creeranno di tutto, dai motivi dall'aspetto normale all'aspetto delle singole pale.

Anche il frame rate al secondo (FPS) influisce sul modo in cui le immagini appaiono su film e video. Diamo un'altra occhiata a quelle pale dell'elicottero. Se le pale girano esattamente 24 volte al secondo e scatti a 24 fotogrammi al secondo, l'acquisizione dell'immagine finale mostrerà le pale che sembrano ferme. Questo perché le lame ritornano nella posizione iniziale ogni volta che la fotocamera cattura un fotogramma.

Se l'FPS è impostato un po' più velocemente della rotazione delle pale, torneranno "quasi" alla posizione iniziale in ogni fotogramma, con il risultato finale che sembra che stiano girando all'indietro.

Anche le illusioni ottiche non finiscono qui. A volte, le eliche e le pale degli elicotteri possono apparire frammentate o piegate, soprattutto quando il movimento viene catturato digitalmente. Ciò è causato dal metodo di acquisizione dei pixel. La maggior parte delle fotocamere digitali non espone l'intero fotogramma contemporaneamente, ma campiona invece una singola riga di pixel alla volta in modo progressivo per riempire il fotogramma. Quando gli oggetti si muovono estremamente velocemente, questa tapparella cattura forme distorte.

Puoi provare a ricreare tu stesso questo effetto registrando un video sul tuo telefono e facendo una rapida panoramica avanti e indietro. Se gli oggetti solidi appaiono piegati nel prodotto finale, probabilmente la fotocamera del tuo telefono utilizza una tapparella.

Perché gli occhi delle persone in alcuni dipinti sembrano seguirti? Tutto nasce dal modo in cui viene creato un dipinto. Se l'ombra, la luce e la prospettiva sono giuste, si crea un'illusione ottica che dà la sensazione di essere osservati. Non è vero, Monna Lisa?