2

怪異的果凍效應

生活科學趣談

影片中這種有趣的現象是捲簾快門所造成的效應 rolling shutter effect,玩攝影的朋友們稱它為「果凍效應」,因為若將相機以旋轉的方式左右搖晃時,鏡頭中的物體會呈現出如果凍般搖晃的有趣效果:

若要了解這種效應的產生機制,得先從相機的 感光元件 談起,目前市面上大部分手機採用 CMOS 元件,Sony相機則是以高畫質CCD元件獨霸全球。下列影片比較了使用不同感光元件時的成像差異:

CCD元件 VS. CMOS 元件 (影像來源 www.dslrvideocollege.com)

globalshutter rollingshuttersmall

CCD元件使用全域快門的模式讓所有的圖像同時被曝光,過程若放慢的話,圖像的曝光類似於淡入淡出的效果。CMOS元件則使用捲動快門由上到下的分行模式(或由左到右)來曝光,過程若放慢的話,圖像的曝光類似於鐵捲門下降或升起的效果。因此這種「捲簾效應」通常發生在使用CMOS元件的手機或相機上,若使用這種相機來拍攝快速運動的物體時,例如快速移動或快速轉動:

快速移動

RollingShutter3(所以卡通漫畫所呈現的汽車快速移動畫面並不誇張,漫畫家其實在CMOS發明之前就已經知道了^^)

RollingShutter2(由行進的汽車內所拍攝的窗外景物中,越靠近的物體傾斜越嚴重)
Rolling-Shutter-man

(拍攝者靜止時,被拍攝的運動物體呈現在畫面上的掃描結果)

快速轉動

RollingShutter4

結論:飛機的螺旋槳之所以呈現往下掉的怪異現象,就是因為CMOS感光元件在處理畫像訊號時並非採用同步的方式,以致於一幀畫面的上下方會因時間延遲而造成扭曲失真。不過,若要拍到這種畫面,必須【螺旋槳的轉速 × 槳葉數目】十分接近相機 拍攝幀率 的整數倍才行,這則影片是螺旋槳的轉速比相機拍攝幀率的整數倍略為落後些。各位朋友下次搭乘這種螺旋槳的國內班機時,若是恰好坐在機翼旁,不妨拿出您的手機來碰碰運氣,說不定就能拍攝到螺旋槳往上飛的鏡頭。果真如此的話,這可是十分難得,記得趕快上傳到 YouTube,您很有可能就是首次拍到槳葉上升效果的世界紀錄創造者!

同場加映

吉他弦振動的果凍效應