为什么照片中的移动物体显得模糊?


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在大多数相机上拍摄照片时,如果拍摄移动的物体,则该物体会显得模糊。为什么会这样呢?


值得一提的是,比模糊还可能发生更多有趣的事情:例如,参见著名的Lartigue赛车照片。

@tfb正如此处所解释的 Lartigue之所以能获得这种效果,是因为他有一个移动的焦平面快门和一个摇摄相机。相当专业的设置。您不能用任何一部普通的快门式相机来做到这一点,因为在这种相机中,整个胶卷/传感器都可以一次曝光。
Ross Presser

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@RossPresser但是,例如,单反相机确实具有移动的焦平面快门!您真的无法在1/4000秒内完全打开和关闭35mm(甚至更小的格式)快门!

Answers:


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首先,我将讨论相机的正常工作,然后再谈谈运动如何影响此操作。

为了使图像清晰且聚焦,所有来自被摄物体上单点的光必须落在胶片或传感器上的单点上。如果拍摄一张脸的照片,则希望从左眼反射的所有光都落在图像传感器的一部分上,而从鼻子反射的所有光都落在另一部分上。如果图像不清晰,来自面部不同部位的光会撞击到传感器的同一部位,并且来自面部相同部位的光会散布到其他部位。这样就产生了一张图片,其中面部的每个部分都与其他部分混合在一起。这称为模糊图像。

如果拍摄对象正在移动,由于相机的快门打开了一段时间,也会发生类似的模糊。想象一下,您正在拍摄一个人的照片,然后那个人移动他们的手。快门首次打开时,相机会将来自人的被摄物体的光线导向图像传感器的特定部分。但是,由于手正在移动,因此来自手新位置的光将由相机引导至传感器的其他部分。因此,当快门打开时,相机将从手的所有位置接收光线。来自不同手部位置的光将最终到达传感器的不同部分。这导致看起来像是在跟踪运动路径的手的涂抹图像。


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发生这种情况的原因是,在进行曝光时,被摄对象相对于相机框架移动,并且快门速度不足以冻结它。

详细介绍:

快门速度或曝光时间是指照相机内部的胶片或数字传感器曝光时,拍摄照片时照相机的快门打开时的时间长度。到达胶片或图像传感器的光量与接触时间。例如:1/500秒将使一半的光进入1/250的光中。当快门速度很慢时(即低于1/60秒),照片中甚至会出现相对较慢的动作。简而言之,快快门速度会冻结您正在拍摄的场景中的运动,相反,慢快门速度会使场景中的运动模糊。

下图显示了在拍摄跑步人物时,不同的快门速度将如何影响运动感。快快门速度将冻结动作。快门速度越慢,跑步者在照片中变得越模糊。

在此处输入图片说明

快门速度慢通常是由于光线不足引起的。这就是为什么在晴天户外很少看到运动模糊问题的原因。

解决方案:

解决方案是提高快门速度。通常,唯一的方法就是增加更多的光线。一种明显的方法是使用闪光灯。如果您白天在室内,也可以到户外去。您也可以通过减小(扩大)光圈来提高快门速度。较宽的光圈可让更多的光线进入,从而使快门速度更快。如果您处于最大光圈,但仍无法获得足够的速度,则可以尝试使用“快速”镜头(具有最大光圈的镜头,即最小f值较小的镜头):带f /光圈的玻璃2.8或更宽。

在此处输入图片说明

您也可以尝试更快的ISO设置。


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这不能回答问题。您所要做的只是承认相机的某些设置会导致照片模糊,但是您永远不会说为什么。提问者正在寻找物理解释,而不是摄影建议:这就是为什么他们发布给物理而不是摄影的原因。
David Richerby

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您的图表似乎显示出,如果用非常快的闪光灯进行九次闪光来照亮被摄体,而第五次闪光要比其他闪光灯明亮得多,则图像会是什么样。
所罗门慢速

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尽管您的大脑试图将其最胆怯的隐藏起来,但用自己的眼睛也会发生同样的事情。基本问题与图像的创建方式有关。

视力是对物体反射的可见光的解释(通常;现在我们可以忽略主动发光)。要看到某物,必须对其进行照明,并以与周围环境不同的方式反射该光。光是由称为光子的微小无质量粒子形成的,光子是电磁电荷的载体。当光子进入眼睛的视网膜(或相机中的胶片或数码相机中的芯片)时,它会将其某些能量沉积在某种光敏材料中,从而引起可以测量和解释的变化。通过测量感光材料在许多单个点上的响应,大脑(或芯片)可以重建周围环境的图像。

光子具有三个重要属性-能量,位置和方向。通过一些几何形状和光学校正,瞄准器可以利用光子的方向以及与光敏表面相互作用的位置来找出光子的来源-大致而言,哪个3D点对应于光子上给定的2D点。图片。能量决定特定光子的颜色。这个想法是,来自您所看到的物体的光线大致平行,这使得3D-> 2D投影变得微不足道。当光学校正不足以补偿空气中光子的散射时,照片中会出现静态模糊-到物体的距离越大,反射光子的平均分散程度就越大,因此您需要进行更多校正才能使它们回到平行。

但是图像通常不是纯黑白的。对人类而言,还有两件事很重要-颜色和强度。颜色对应于光子的能量,而强度对应于光子的数量。这就是使事情变得有趣的地方-要获得任何有用的图像,您需要吸收大量的单个光子-单个光子并不能真正告诉您很多。因此,实际上发生的是,您在给定的时间内平均(大致)获取了到达传感器的光子的平均值-这为您提供了图像中事物的相对亮度,以及有关对象颜色的好主意。

人眼会增加一些额外的复杂性,因此让我们使用老式的胶片相机代替。胶片是由暴露在光线下会永久改变的材料制成的(想想在阳光下晒了几个月的纸会发生什么,但速度要快得多)。为简单起见,我们假设原始材质是完全黑色的,而更改后的材质是完全白色的。每个单独的光子都会导致单个分子发生变化,但是我们的眼睛看不到单个分子的颜色-它们会平均某个区域的信息。因此,越多的光子到达胶片的某个区域,它就会越亮,对应于来自该空间特定方向的光(因此,给定的空间量对应于您的亮红色T-衬衫)。但是,在某个时候薄膜给定区域中的所有分子都发生了变化-进一步照亮就无法使其更亮。细节丢失了,因为随着周围区域的变亮,饱和区域就不能了。另一方面,如果光线太少,光子就太少,无法形成像样的图像-一切都太暗了,带有随机的亮点。

因此,要获得良好的图像,您需要平衡将胶片曝光的时间。太长,并且图像太亮并且失去对比度。太短了,没有足够的数据来平均出一个好的图像。附带说明一下,这是夜视仪是单色的物理原因(相对于生物原因)-如果入射的光子太少,它们的颜色分布会导致(随机的)颜色噪声,从而使其变得更难查看。在忽略颜色的情况下仅使用强度可使图像更清晰,更明亮。

因此,让我们想象一下,您在一秒钟的3D场景中曝光了一些胶片。场景的较亮部分将导致更多的光线与2D图像中的相应区域进行交互。但是现在想象一下,在0.5秒的时刻,场景中的那个人移动了手臂。曝光的前半部分的手臂处于原始位置,而后半部分不再从原始位置接收光子,而是从新位置接收光子。从手反射的光子总量是相同的,但是现在它们散布在2D图像中的两个不同位置上。并用不存在手时来自背景的光子取平均值。如果你的手以恒定的速度运动,相应的光子将均匀分布在手从曝光开始到结束之间的整个路径上。您可以获得所有单个“图像”的平均值,就像您拍摄了一百张姿势稍有不同的人的照片并将它们平均在一起一样。

您如何应对呢?如果有足够的光线,则可以保持较短的曝光-这意味着要获得可见的模糊,相对于较长的曝光,对象必须移动得更快。如果光量不足,则会产生噪声(例如,您测量的单个光子相当随机-它们随时间推移具有可预测的分布;例如,红色衬衫反射的红色光子要多于绿色光子)。如果要拍摄单个运动物体,则可以尝试消除相机和物体之间的任何相对运动-跟踪物体。人类会自动执行此操作-您移动眼睛和头部以跟随要检查的移动物体,这可以使您清楚地看到该移动物体,而其他所有物体 是模糊(大脑通常可以方便地补偿,但相机无法补偿)。


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大脑期望并使用运动模糊作为其运动检测逻辑的一部分。没有它的动画可能看起来不自然。
zwol

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相机的镜头会仔细生成您将相机对准一组传感器的图像(通常是上下颠倒)。

这些传感器将照亮它们的光线加在一起。然后可以问他们“您看到了多少光?” 并重置。

通常,我们只将这些传感器暴露一小段时间。在短时间内从特定方向发出的光最终成为特定传感器拾取的光量。

然后将传感器映射到图像上的像素。

当物体相对于我们暴露传感器的时间快速移动时,位于运动物体边缘的传感器首先拾取“此处没有物体”,然后拾取“此处没有物体”。“对象”与“无对象”的数量取决于您离对象边缘的距离以及移动的速度。

如果对象是纯色块,而背景是不同的颜色,则将导致在对象边缘沿移动方向从背景颜色到对象颜色的平滑渐变。我们将其解释为“运动模糊”。

在大多数情况下,对象和背景有足够的差异,即使它们的颜色不一致,我们也可以发现它。

我们有时只会看到这种情况,因为相机会根据有多少光线来改变它们“保持打开”的时间。光线越少,它们保持打开的时间越长,运动模糊就会越强烈。同样,对象越快,在给定的固定“保持打开”时间中对象模糊的程度就越大。

现代计算机科学实际上减少了这个问题。首先,通过使传感器对光更敏感,其次通过后处理。许多相机会检测到均匀的运动模糊(由您的手移动引起)并在拍摄图像后将其反转。从理论上讲,甚至可以为场景中的单个移动物体完成此操作,但是要确定什么是物体,什么不是物体就很难了。我不知道会自动执行此操作的相机。


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按下快门按钮时,外界的图像会短暂地投射到图像传感器(或胶卷)上。此动作称为“曝光”。要回答您的问题,您需要知道在曝光期间正在记录投影的图像。关键是,图像传感器(或胶卷)会随着时间累积光能。如果图像在曝光期间发生任何变化,则记录的图像可能会显示为模糊。我们尝试将相机保持尽可能静止以免产生这种模糊感。此外,我们尝试选择超快的快门速度。这样,我们的图像就瞬间冻结了。


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照片中有两种主要的模糊(嗯,三种,但我假设您保持相机非常干净):聚焦模糊和运动模糊。

当照片的主体完全失焦时,就会发生焦点模糊。解决方案是确保启用自动对焦,然后重试。如果没有聚焦,请重新聚焦并重新拍摄。非常简单。在傻瓜相机上,最可能无法对焦的原因是因为被摄对象移动了,或者智能对焦系统不够灵巧,无法聚焦在错误的物体上。

另一方面,运动模糊不会发生,因为您的主体没有聚焦。发生这种情况的原因是,在进行曝光时,被摄对象相对于相机框架移动,并且快门速度不足以冻结它。让我们分别解决这两个方面。

因此,解决方案是提高快门速度。通常,唯一的方法就是增加更多的光线。一种明显的方法是使用闪光灯。如果您白天在室内,也可以到户外去。有时,阴影和阳光之间的区别就是您需要的所有多余光。

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