Vad är den stroboskopiska effekten?

Den stroboskopiska effekten är ett fenomen med mänsklig visuell uppfattning, i vilken rörelse visar sig tolkas av en hjärna som får successiva diskreta bilder och syr dem tillsammans med automatiska alias för temporär kontinuitet. Kort sagt, rörelse är en artefakt. Oavsett om en blinkande ljuskälla eller genom en öppning och stängning av en bländare kan en strobe kontrollera vad ögat ser på ett rörligt föremål. Trots att den faktiskt rör sig, om varje retinalbild är den av ett objekt i samma exakta position, kommer det att uppfattas som stillastående. Stroboskopisk kontroll av repetitiva eller förutsägbara rörelser, såsom rotation av ett hjul, kan skapa en optisk illusion som strider helt mot den verkliga rörelsen.

Det första stroboskopet var en nyhetsleksak där en lampskärm med på varandra följande bilder av något i rörelse, såsom en hästs gång, snurrades medan en annan yttre lampskärm med en serie radiella betraktningsspalter snurrades i motsatt riktning, vilket skapade illusionen av en rörlig stillbild. Rörelsefilm använder samma princip med ett projektorljus och en lins som innehåller en höghastighetslucka som växelvis lyser upp och täcker en lång, snurrande rulle med successiva stillbilder. Roterande eller svängande speglar kan också skapa en stroboskopisk effekt. Elektroniska strobelys, uppfanns första gången 1931, är glödlampor som innehåller gaser som släpps ut med en hastighet justerad av frekvensen eller cykling av elektrisk ström som växlar dess polaritet. Fluorescerande belysning är faktiskt en strobe som blinkar av och på med en hastighet som är för snabb för att människor ska kunna urskilja.

Forskare hade för länge sedan upptäckt att människor uppfattar oskiljaktigt verklig rörelse med 24 bilder per sekund - en hastighet som är större ger ingen förbättring i verisimilitude och en mindre takt ger en kännbar illusion av rörelse. Ett antal teorier utvecklades från denna observation. Den ena är den diskreta ramteorin som antar att denna hastighet korrelerar med den fysiska hastigheten hos neurala impulser och att varje signal utgör en stillbild, snap-shot retinalbild. Den mänskliga hjärnan tillverkar sedan subjektivt rörelse genom att bearbeta de på varandra följande bilderna genom tidsmässig aliasing, fylla i de tomma ögonblicken med spöksbilder enligt både hårdbundna lagar och inlärda regler för rum och tid.

Detta teoretiska ramverk är den mest accepterade förklaringen av den stroboskopiska effekten. Människor ser inte fysisk rörelse; snarare tolkar hjärnan rörelse baserad på snabb men episodisk, ändå retinal information. Effekten visas tydligast av repetitiva - inklusive cykliskt rörliga - föremål. En lämplig analogi är att om ett foto av en arbetsklocka tas var 60: e sekund kan en person med rätt, men felaktigt, dra slutsatsen att den andra handen är trasig och inte har rört sig. Varje sådant objekt vars rörelse är perfekt synkroniserat stroboskopiskt verkar vara rörligt.

Extrapolering från detta visuella fenomen, om en videokamera, som arbetar med 24 bilder per sekund, skjuter ett autohjul som roterar 23 gånger per sekund eller dess fraktionella motsvarighet, kommer varje på varandra följande videoram att fånga upp hjulet i en position som bara ligger bakom en hel revolutionen av dess föregående bild. Beviset från ram-för-ram indikerar tydligt att hjulet har rört sig bakåt, och faktiskt kommer människansynen att uppfatta att den har snurrat bakåt med en revolution per sekund. Den optiska illusionen, bekant av filmer som visar hästdragna vagnar, kallas "vagn-hjuleffekten" och inträffar i varierande grad med någon videoinspelning av ett roterande objekt.

Den stroboskopiska effekten kan ses på andra håll. Populärt av dansklubbar, kommer en lätt DET som strider relativt långsamt att animera en persons dansrörelser i till synes långsam rörelse. En tävlingsmotor som vrider med 9 000 varv per minut kan synkroniseras med ett stråljus för att frysa och analysera motorns statiska tillstånd med den hastigheten. En vattenbrunn med en känd flödeshastighet kan visas för att uppenbarligen trotsa tyngdkraften genom att belysa den med en tillfälligt förskjuten strobe. Principer härledda från den stroboskopiska effekten, såsom samplingshastighet och aliaseringsalgoritmer från ett prov till det nästa, har tillämpats på optiska enheter såsom pulserande lasrar som läser en snurrande digital dataskiva.