Pourquoi les objets en mouvement sur les photos sont-ils flous?

Lorsque vous prenez une photo sur la plupart des appareils photo, si vous prenez une photo d'un objet en mouvement, l'objet apparaît flou. Pourquoi cela se produit-il exactement?

Tout d'abord, je vais parler de ce que les caméras font normalement, puis de la façon dont le mouvement affecte cette opération.

Pour qu'une image soit nette et nette, toute la lumière provenant d'un seul point sur l'objet photographié doit tomber sur un seul point sur le film ou le capteur. Si vous prenez une photo d'un visage, vous voulez que toute la lumière réfléchie par l'œil gauche tombe sur une partie du capteur d'image et que toute la lumière réfléchie par le nez tombe sur une autre partie. Si l'image n'est pas nette, la lumière provenant de différentes parties du visage peut toucher le même bit de capteur et la lumière provenant de la même partie du visage peut être répartie sur d'autres parties. Il en résulte une image où chaque partie du visage est mélangée avec les autres parties. C'est ce qu'on appelle une image floue.

Si le sujet bouge, un flou similaire se produit car l'obturateur d'un appareil photo est ouvert pendant un certain temps. Imaginez que vous prenez une photo d'une personne et que cette personne bouge sa main. Lorsque l'obturateur s'ouvre pour la première fois, l'appareil photo dirige la lumière provenant de la personne vers une certaine partie du capteur d'image. Cependant, comme la main se déplace, la lumière de la nouvelle position de la main sera dirigée par la caméra vers une autre partie du capteur. Ainsi, l'appareil photo recevra la lumière de toutes les positions de la main lorsque l'obturateur est ouvert. Cette lumière provenant de différentes positions des mains se retrouvera sur différentes parties du capteur. Il en résulte ce qui ressemble à une image tachée d'une main traçant la trajectoire du mouvement.

Cela se produit parce que votre sujet se déplace par rapport au cadre de l'appareil photo pendant que l'exposition est effectuée ET que la vitesse d'obturation n'est pas assez rapide pour le figer.

Entrer dans les détails:

La vitesse d'obturation ou le temps d'exposition est la durée pendant laquelle le film ou le capteur numérique à l'intérieur de l'appareil photo est exposé à la lumière, lorsque l'obturateur d'un appareil photo est ouvert lorsque vous prenez une photo. La quantité de lumière qui atteint le film ou le capteur d'image est proportionnelle à délai d'exposition. Par exemple: 1 / 500e de seconde laissera la moitié autant de lumière que 1 / 250e. Lorsque la vitesse d'obturation est lente (c'est-à-dire inférieure à 1 / 60e de seconde), même des mouvements relativement lents apparaissent sur les photos. Pour résumer, les vitesses d'obturation rapides ont pour effet de geler le mouvement dans la scène que vous photographiez et inversement, les vitesses d'obturation lentes brouillent le mouvement dans une scène.

Le tableau ci-dessous montre comment différentes vitesses d'obturation affecteraient la sensation de mouvement si vous photographiez une personne en train de courir. Des vitesses d'obturation rapides gèlent le mouvement. Plus la vitesse d'obturation est lente, plus la personne qui court est floue sur la photo.

Et les vitesses d'obturation lentes sont généralement causées par une lumière insuffisante. C'est pourquoi vous voyez rarement des problèmes de flou de mouvement à l'extérieur par temps ensoleillé.

La solution:

La solution est d'augmenter votre vitesse d'obturation. Et souvent, la seule façon de le faire est d'ajouter plus de lumière. Une façon évidente de le faire est d'utiliser votre flash. Si vous êtes à l'intérieur pendant la journée, vous pouvez également aller à l'extérieur. Vous pouvez également augmenter la vitesse d'obturation en diminuant (élargissant) votre ouverture. Une ouverture plus large laisse entrer plus de lumière pour des vitesses d'obturation plus rapides. Si vous êtes à votre ouverture la plus large et que vous n'obtenez toujours pas assez de vitesse, vous pouvez essayer d'obtenir des objectifs «rapides» (un objectif avec une ouverture maximale plus grande, c'est-à-dire un nombre f minimum plus petit): verre avec f / stops 2,8 ou plus large.

Vous pouvez également essayer un réglage ISO plus rapide.

La même chose se produit avec vos propres yeux, bien que votre cerveau essaie de le cacher pour le cacher. Le problème fondamental a à voir avec la façon dont l'image est créée en premier lieu.

La vue est l'interprétation de la lumière visible réfléchie (généralement; nous pouvons ignorer la lueur active pour l'instant) des objets. Pour voir quelque chose, il doit être éclairé et refléter cette lumière différemment de son environnement. La lumière est formée de minuscules particules sans masse appelées photons - les porteurs de la charge électromagnétique. Lorsqu'un photon pénètre dans la rétine de votre œil (ou le film dans un appareil photo ou la puce dans un appareil photo numérique), il dépose une partie de son énergie dans une sorte de matériau photosensible, provoquant un changement qui peut être mesuré et interprété . En mesurant la réponse du matériau photosensible en de nombreux points individuels, le cerveau (ou la puce) reconstruit une image de votre environnement.

Le photon a trois propriétés importantes - l'énergie, la position et la direction. Avec un peu de géométrie et de correction optique, la vue exploite la direction du photon et l'endroit où il interagit avec la surface photosensible pour savoir d'où vient le photon - à peu près, quel point 3D correspond à un point 2D donné sur le image. L'énergie détermine la couleur d'un photon particulier. L'idée est que la lumière provenant de l'objet que vous voyez est à peu près parallèle, ce qui rend la projection 3D-> 2D triviale. Vous obtenez un flou statique sur une photo lorsque la correction optique est insuffisante pour compenser la diffusion des photons dans l'air - plus la distance à un objet est grande, plus les photons réfléchis sont en moyenne dispersés et vous avez besoin de plus de correction pour les apporter retour à être parallèle.

Mais les images ne sont généralement pas en noir et blanc pur. Il y a deux autres choses qui importent aux humains - la couleur et l'intensité. La couleur correspond à l'énergie des photons, tandis que l'intensité correspond à la quantité de photons. Et c'est là que les choses deviennent intéressantes - pour obtenir une image utile, vous devez absorber d'énormes quantités de photons individuels - un seul photon ne vous dit pas grand-chose. Donc, ce qui se passe réellement, c'est que vous prenez (à peu près) une moyenne de photons qui ont atteint votre capteur sur une période de temps donnée - cela vous donne la luminosité relative des choses dans l'image, ainsi qu'une bonne idée de la couleur des objets.

Les yeux humains ajoutent quelques complications supplémentaires, alors suivons plutôt un appareil photo argentique à l'ancienne. Le film est fait d'un matériau qui change de façon permanente lorsqu'il est exposé à la lumière (pensez à ce qui arrive à un papier laissé au soleil pendant quelques mois - mais beaucoup plus rapidement). Par souci de simplicité, supposons que le matériau d'origine est parfaitement noir, tandis que le matériau modifié est parfaitement blanc. Chaque photon individuel fait changer une seule molécule, mais nos yeux ne peuvent pas voir les couleurs des molécules individuelles - ils font la moyenne des informations d'une certaine zone. Donc, plus il y a de photons dans une certaine zone du film, plus il apparaîtra, correspondant à une lumière plus brillante provenant de cette direction particulière dans l'espace (et donc, le volume d'espace donné, correspondant, disons, à votre T rouge vif chemise). Cependant, à un moment donné,toutes les molécules dans une zone donnée du film sont modifiées - l'éclairer davantage ne peut plus le rendre plus lumineux. Les détails sont perdus, car à mesure que les zones environnantes s'éclaircissent, les zones saturées ne le peuvent pas. De l'autre côté de l'échelle, s'il y a trop peu de lumière, il y aura trop peu de photons pour former une image décente - tout sera beaucoup trop sombre, avec des points lumineux aléatoires.

Donc, pour obtenir une bonne image, vous devez équilibrer le temps d'exposition du film à la lumière. Trop long et votre image est trop lumineuse et perd du contraste. Trop court, et il n'y a pas assez de données pour obtenir une bonne image. En remarque, c'est la raison physique (par opposition à biologique) pour laquelle la vision nocturne est mono-chromatique - s'il y a trop peu de photons qui entrent, leur distribution de couleur se traduit par un bruit de couleur (d'aspect aléatoire) qui le rend plus difficile à voir. L'utilisation de l'intensité uniquement sans tenir compte de la couleur donne une image plus claire et plus lumineuse.

Imaginons donc que vous exposiez un peu de film à une scène 3D pendant une seconde. Les parties les plus lumineuses de la scène entraîneront plus de lumière interagissant avec les zones correspondantes de l'image 2D. Mais imaginez maintenant qu'au point 0,5s, le gars dans la scène bouge son bras. La première moitié de l'exposition a son bras dans la position d'origine, tandis que la seconde moitié ne reçoit plus les photons de la position d'origine et les reçoit plutôt de la nouvelle position. La quantité totale de photons réfléchis par la main est la même, mais ils sont maintenant répartis sur deux endroits distincts de l'image 2D; et en moyenne avec les photons qui venaient de l'arrière-plan lorsque la main n'était pas là. Si votre main bouge à une vitesse constante, les photons correspondants seront répartis uniformément sur le chemin emprunté par la main entre le début de l'exposition et la fin. Vous obtenez la moyenne de toutes les "images" individuelles, tout comme si vous aviez pris une centaine de photos de personnes avec des postures légèrement différentes et les avez moyennées ensemble.

Comment pouvez-vous lutter contre cela? S'il y a suffisamment de lumière, vous pouvez garder l'exposition courte - cela signifie que pour obtenir un flou visible, l'objet doit se déplacer plus rapidement par rapport à une exposition plus longue. S'il n'y a pas assez de lumière, cela entraînera du bruit (les photons individuels que vous mesurez sont plutôt aléatoires - ils ont juste une distribution prévisible dans le temps; il y a beaucoup plus de photons rouges réfléchissant d'une chemise rouge que de photons verts, par exemple). Si vous souhaitez photographier un seul objet en mouvement, vous pouvez essayer d'éliminer tout mouvement relatif entre l'appareil photo et l'objet - suivre l'objet. Les humains le font automatiquement - vous déplacez vos yeux et votre tête pour suivre un objet en mouvement que vous souhaitez examiner, ce qui vous donne une image claire de l'objet en mouvement, tandis que tout le reste est un flou (que le cerveau compense généralement de manière pratique, mais pas la caméra).

Les objectifs d'un appareil photo génèrent soigneusement une image (généralement à l'envers) de ce que vous visez l'appareil photo sur un ensemble de capteurs.

Ces capteurs ajoutent la lumière qui brille sur eux. Ensuite, on peut leur demander "combien de lumière avez-vous vu?" et réinitialiser.

En règle générale, nous n'exposons ces capteurs que pendant une courte période de temps. La lumière provenant d'une direction particulière au cours de cette courte période de temps finit par être la quantité de lumière que le capteur particulier capte.

Les capteurs sont ensuite mappés en pixels sur une image.

Lorsque l'objet se déplace rapidement par rapport à la durée pendant laquelle nous exposons les capteurs, les capteurs situés au bord de l'objet en mouvement ne détectent d'abord "aucun objet ici", puis plus tard "oh il y a un objet ici". La quantité d '«objet» par rapport à «pas d'objet» est fonction de la proximité du bord de l'objet et de sa vitesse de déplacement.

Si l'objet est un bloc de couleur solide et l'arrière-plan une couleur différente, cela se traduit par un dégradé lisse allant de l'arrière-plan à la couleur de l'objet au bord de l'objet le long de la direction du mouvement. Nous interprétons cela comme un "flou de mouvement".

Pour la plupart, les objets et l'arrière-plan sont suffisamment différents pour que nous puissions les repérer même s'ils ne sont pas de couleur uniforme.

Nous ne le voyons parfois que parce que les caméras varient pendant combien de temps elles "restent ouvertes" en fonction de la quantité de lumière. Moins il y aura de lumière, plus ils resteront ouverts longtemps, plus le flou de mouvement sera fort. De même, plus l'objet est rapide, plus il estompe pendant un temps fixe fixe de "rester ouvert".

L'informatique moderne a en fait réduit ce problème; premièrement, en rendant les capteurs plus sensibles à la lumière, et deuxièmement par post-traitement. De nombreuses caméras détectent un flou de mouvement uniforme (provoqué par le mouvement de votre main) et l' inversent après la capture de l'image. En théorie, cela peut même être fait pour un seul objet en mouvement dans une scène, mais déterminer ce qui est objet et ce qui ne l'est pas est plus difficile ici. Je ne connais pas de caméra qui le fasse automatiquement.

Lorsque le déclencheur est enfoncé, une image du monde extérieur est projetée fugitivement sur le capteur d'image (ou le film). Cette action est appelée «exposition». Pour répondre à votre question, vous devez savoir que lors de l'exposition, l'image projetée est en cours d'enregistrement. Le point clé est que le capteur d'image (ou film) accumule de l'énergie lumineuse au fil du temps. Si l'image change de quelque manière que ce soit pendant l'exposition, l'image enregistrée le montrera probablement comme flou. Nous essayons de garder la caméra aussi immobile que possible pour éviter ce flou. De plus, nous essayons de choisir une vitesse d'obturation ultra rapide. Nos images sont ainsi des instants figés dans le temps.

Il existe deux principaux types de flou sur les photos (enfin, trois, mais je suppose que vous gardez votre appareil photo assez propre): le flou de mise au point et le flou de mouvement.

Le flou de mise au point se produit lorsque le sujet de votre photo est tout simplement flou. La solution à cela est de vous assurer que votre autofocus est activé et réessayez. S'il n'est pas net, recentrez-vous et tirez à nouveau. Assez simple. Sur les appareils photo compacts, la raison la plus probable pour laquelle vous n'êtes pas au point est que le sujet a bougé ou que le système de mise au point intelligent n'était pas si intelligent et focalisé sur le mauvais objet.

Le flou de mouvement, en revanche, ne se produit pas parce que votre sujet n'est pas net. Cela se produit parce que votre sujet se déplace par rapport au cadre de l'appareil photo pendant que l'exposition est effectuée ET que la vitesse d'obturation n'est pas assez rapide pour le figer. Abordons ces deux aspects séparément.

La solution est donc d'augmenter votre vitesse d'obturation. Et souvent, la seule façon de le faire est d'ajouter plus de lumière. Une façon évidente de le faire est d'utiliser votre flash. Si vous êtes à l'intérieur pendant la journée, vous pouvez également aller à l'extérieur. Parfois, la différence entre l'ombre et le soleil est toute la lumière supplémentaire dont vous avez besoin.