Verzerrte Speichen

@banapfel
Hm, okay. Kann ich so nicht bestätigen, und ist sicherlich abhängig von den Verhältnissen Geschwindigkeit zu Radumfang und Abstand der Streben und davon welche geometrischen Formen in den Felgen eingearbeitet sind. Ansonsten könnte ich mir nur vorstellen dass es lediglich Einfluss darauf hat, wie man die Drehgeschwindigkeit der Räder in dem Moment wahrnimmt. Aber Verformung?

@skagerak
Wie gesagt mir ist es zufällig aufgefallen.
Ich erkläre mal den Umstand wie ich es beobachtet habe:
Ich saß erhöht auf einem Hügel, ein Stück abwärts kam dann der Zaun, und dahinter eine 4 spurige Straße in der Stadt. Der Zaun fing ungefähr auf meiner Höhe an, so das ich zuerst links die Autos ohne Zaun sehen konnte, also so wie ein fahrendes Auto halt aussieht. Sobald die Autos hinterm Zaun waren konnte man den Effekt beobachten.

@banapfel
Ja, aber welchen Effekt genau? Eine Verformung oder bei der Drehgeschwindigkeit?

@skagerak
Die Verformung der unteren Speichen. Wie auf dem ersten Bild vom TE.

Interessant waren auch die vielen Felgenarten, also das der Effekt nicht von Speichen Abhängig ist ,
sondern eher von rotierenden Objekten allgemein.

@skagerak
Das mit den Felgen Arten hattest du ja au h schon angemerkt, es war unabhängig welche Art felge es war, ob stahlfelge, Radkappe oder 5 Speichen.

@banapfel
Ah, okay, interessant.
kann ich denn nix zu sagen ob man es auch so wahrnehmen kann. Die Spalten müssen denn ja relativ breit sein, damit der Sehsinn das überhaupt verarbeiten kann bzw. damit der Effekt dann auch noch überhaupt zu sehen ist, da die Autos ja sicher nicht mit Schrittgeschwindigkeit vorbei gefahren sind.

Aber wenn, denn denke ich dass es eben auch ein technischer Effekt ist, nur auf biologischer Ebene. Ist ja vom Prinzip her die selbe Technik oder nicht?

@skagerak
Die Geschwindigkeit müsste um die 50 km/h gewesen sein Stadtverkehr halt. Die Abstände der Streben schätze ich mal auf ca 20 - 30 cm, alt zubreit waren sie nicht. Also die Streben waren schlank und die Lücken da zwischen die genannte Breite.

Aber du müsstest recht haben, es ist ja letztendlich auch eine Bild für Bild Wahrnehmung von unserem Auge, da das Auto immer wieder für den Bruchteil einer Sekunde verschwindet. Würde ich jetzt behaupten^^

@banapfel
@skagerak
Es ist der gleiche Effekt...halt analog: Zaunlatten = Shutter, deren Abstand auf die Geschwindigkeit und Strecke = Frequenz, hinzu kommt die Verarbeitungsfrequenz des Gehirns 14-16 Bilder/s (fps)...(Kino 24fps, PAL/SECAM 25fps, NTSC60fps, damit man die Bildwechsel doch nicht merkt)

Hi an alle,

cooles Thema, viel gelernt (ich meine mich…)

Auf den Eingangspost bezogen möchte ich noch mal unterstreichen, dass @sarkanas die richtige Auflösung gegeben hat. Das Bild in @Celladoor s Frage zeigt ein Zielfoto. Die Verzerrungen darin beruhen tatsächlich nicht auf dem Rolling Shutter-Effekt.

Woher kommen dann die Verzerrungen?
Das liegt daran, dass ein modernes Zielfoto kein klassisches Foto im Sinne einer Momentaufnahme ist. Heutige digitale Fotofinish-Kameras geben nicht den "einen" Moment wieder, an dem der erste Läufer/Radler/Fahrer etc. die Ziellinie überquert.

Eigentlich sind das Digitalkameras, die kontinuierlich filmen… Das Besondere ist, dass der aufgenommene Film nur einen Pixel breit ist. In der anschließenden Darstellung wird jeder Frame, sprich, jede Pixelspalte in zeitlicher Reihenfolge von rechts nach links aneinander gelegt, sodass es hinterher angenehmerweise halbwegs wie ein Bild aussieht.

Schön! Aber woher kommen jetzt verd***t nochmal die Verzerrungen?
Auf @ delta.m s Foto aus Beitrag von delta.m (Seite 1)
kann man es besonders gut erkennen:



Das Bild muss man spaltenweise von rechts nach links "lesen":

• Zu Beginn (die ersten zwei Zentimeter rechts) war nichts anderes im Aufnahmebereich der Finish-Kamera als die blanke Laufbahn.
• Dann schob sich die Fußspitze des ersten Läufers durch den Aufnahmestreifen.
• Rein zufällig (aber sehr praktisch für dieses Beispiel) trat der erste Läufer genau mit der Mitte seines Fußes im Aufnahmestreifen der Kamera auf. Der Fuß verharrte also kurz an dieser Stelle – und die Kamera nahm eine Zeitlang immer denselben Streifen des Fußes auf. Alle Frames zusammengefügt ergeben dann einen sehr langen Fuß.
• Achtet man auf die rechte Hand des ersten Läufers erkennt man, dass diese sehr verkürzt dargestellt wird. Hier ist genau das Gegenteil passiert – die Hand schob sich bewegungsbedingt schneller als der Rest durch den Aufnahmestreifen, sodass es hier weniger Frames zum Zusammenfügen einer Hand gab.
• Der Rest des Läufers schob sich mit einigermaßen konstanter Geschwindigkeit durch den Aufnahmestreifen, sodass hier weniger Verzerrungen entstanden.

Das Bild von @Celladoor ist ebenfalls so ein digitales Zielfoto.



Woran erkennt man das?

Erstens an der „reingemalten“ roten Linie (ja, ok, ich gebe zu, das ist wirklich kein super-Argument…)

Zweitens an den Streifen auf dem Boden.
Die horizontalen Steifen auf der Rennbahn entstehen dadurch dass die ganze Zeit nur ein unbewegter Streifen Bahnboden aufgenommen wurde und dann Frame für Frame aneinander gelegt wurde.

Drittens an den Verzerrungen.
Dadurch dass das Rad durch den „Zielstreifen“ rollt bewegt sich der obere Teil des Rades relativ zur Zielkamera schneller durch den Aufnahmestreifen – Im Oberenteil passieren dadurch mehr Speichen den Aufnahmestreifen. Daher ist auch oben der Abstand zwischen den Speichen geringer (in der Darstellung).
Der untere Teil des Rades steht relativ zur Kamera quasi still. Hier passiert gerade einmal eine einzige Speiche den Aufnahmestreifen. Und die Abrollbewegung resultiert im Bild in der diskutierten Verzerrung.

Passend dazu noch mal ein schönes Bild aus der Wikipedia zum Thema

Wikipedia: Datei:Fotofinish-scano-rowing-GER-JM8-2005.jpg
Artikel Wikipedia: Zielfoto

Grüße
zalesi

@zalesi

gut erklärt und zusammengefasst, nur verstehe ich nicht, warum es sich in den Aufnahmen deiner Meinung nach nicht um den Rolling Shutter Effekt handeln soll bzw. was der Unterschied ist.

nochmal zur Erklärung:

Es erscheint zunächst selbstverständlich, dass die Belichtung aller Punkte des lichtempfindlichen Elements (Film oder Sensor) einer Kamera zum exakt gleichen Zeitpunkt beginnt. Es gibt aber Kameras, bei denen das bauartbedingt nicht für die gesamte Fläche zutrifft; dort muss man sich vielmehr eine "Linie gleichzeitigen Belichtungsstarts" vorstellen, die entweder zeilenweise oder spaltenweise über das Element wandert, wofür sie eine zwar nur kurze, aber doch nicht zu vernachlässigende Zeit benötigt.

Solange das Motiv unbewegt ist, werden auch bei solchen Kameras alle Bildpunkte an ihrer korrekten Position belichtet, unabhängig davon, wann die entsprechenden Punkte belichtet wurden. Werden jedoch Aufnahmen eines bewegten Motivs, oder mit bewegter Kamera, mit nacheinander belichteten Zeilen aufgenommen, werden Objekte an ihrem momentanen Ort abgebildet — und da die Abbildung zeilenweise erfolgt, hat sich das Objekt von einer zur nächsten Zeile schon so weit bewegt, dass bei Zusammensetzung aller Zeilen ein Objekt zur Darstellung kommt, das nicht als Ganzes auf einmal abgebildet wurde, sondern zeilenweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Eine gerade Linie des Motivs kann bei einem Kameraschwenk oder einem bewegten Motiv (entsprechend den nacheinander folgenden einzelnen Zeilen) krumm oder verzerrt abgebildet werden.

Das beschreibt doch genau den Vorgang eines Fotofinish/Zielfoto

Hier kommt man zum selben Schluss: http://inrng.com/2012/04/photo-finish-camera/  Rolling Shutter

Hier ist noch ein Link mit ein wenig mathematischem Hintergrund udn einem anschaulichen Beipiel an einer CD:

https://www.researchgate.net/publication/258265003_Why_do_photo_finish_images_look_weird

Hi @parafugacious,

berechtigter Einwand von dir.

Der Unterschied, wie ich ihn bisher verstand, ist, dass der Rolling Shutter Effekt sich auf eine klassische Aufnahme bezieht – auf ein gegebenes „vollständiges“ Bild im Sinne einer ganzheitlichen Momentaufnahme. Die 2D-Projektion eines vollständigen Motives wird zeilenweise abgetastet. Dadurch entsteht ein geringer zeitlicher Versatz, der eben, wenn sich das Motiv in der Zwischenzeit verändert, zu Verzerrungen führt.

Das Zielfoto dagegen ist kein Bild, keine Momentaufnahme eines realen Motives (z.B. falscher bzw. kein Hintergrund). Man könnte sagen, es handelt sich eigentlich um eine Art Zeitdiagram der optischen Situation entlang der Ziellinie. Die einzelnen Ein-Spalten-Fotos auf die Zeitachse übertragen, ergeben dann „angenehmerweise“ ein – notwendigerweise – verzerrtes Bild, dass für Menschen auf einen „Blick“ interpretierbar ist.

Nun muss ich aber zugeben, dass der zugrundeliegende Wirkmechanismus derselbe ist: Zeitlicher Versatz in der zeilenweisen Abtastung eines bewegten Motives… führt zu verzerrt wirkenden unrealistischen Abbildern. Beim „klassischen“ Foto wir das Motiv Zeile für Zeile abgetastet. Beim Zielfoto bewegt sich das Motiv gewissermaßen Zeile für Zeile unter dem Abtaster hindurch.

Ich würde sagen, dass mich der Begriff „Shutter“ hier eventuell auf eine falsch Fährte geführt hat und ich zu sehr am Unterschied [klassische/realistische Fotografie] vs. [digitale Fotofinish-Technik] verhaftet geblieben bin.

Scheinbar handelt es sich beim Rolling Shutter Effekt um einen entsprechend stehenden Begriff der eben jenen Wirkmechanismus bezeichnet. Ich ziehe damit meine Behauptung an der Stelle zurück.

Grüße
zalesi

PS auf YT habe ich eben noch ein nettes vergleichenden Video gefunden - Rolling Shutter vs. Global Shutter
Ab 1:55 kommt der Aha-Effekt...
... die Speichen der Felgen sind nicht gekrümmt aber das Rad ist oval... ;-)

Rolling Shutter Tutorial

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@zalesi
Das liegt daran das der korrekte Begriff "Slit Photography" wäre im deutschen wird Shutter als Schlitzverschluss bezeichnet wie auch die ersten Tuchverschlüsse (um 1890) das könnte etwas verwirren der korrekte Begriff wäre "Streifenphotographie".

Die ersten Finish Kameras wurden um 1937 entwickelt wie die fürs Pferderennen von Lorenzo del Riccio die er "Strip Camera" nannte, hier erfolgte die Belichtung durch einen fixen Schlitz der genau die Zielgerade und nur die abdeckt (bei einer fixen Öffnung von f2).
Die Kamera und die Öffnung war fix, beim Zieleinlauf wurde der Film in der (rund) selben Geschwindigkeit wie die Pferde über den Schlitz gezogen und dadurch erfolgte auch die Belichtung (im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kamera wo ich ja die Belichtungszeit einstelle oder gegebenenfalls die Kamera bei einer längere Belichtung mit dem Objekt nachführe und so nur ein Bild mache). Dafür benötigte man auch damals starke Scheinwerfer wie Wassergekühlte 1000W Quecksilberlampen. Bei den modernen werden bis zu 10000 Einzelbilder also Streifen aufgenommen und zu einem Composit zusammen gefügt die ein Bild ergeben. In beiden Fällen ist es zwar der "Shutter" (einmal fix, einmal bewegt) aber der Unterschied sind die Zahl der Aufnahmen (quasi jeder Streifen ist sein eigener Ist-Zustand).

Winning in a Snap: A History of Photo Finishes and Horse Racing
The slit in the camera was focused solely on the finish line. A telephoto lens with a five-and-a-half-inch focal length and f2 aperture captured the entire width of the track on film, which moved past the open slit at about the same relative speed as the horses. This allowed the horses to be in focus whereas the background would be a white blur. On average, it took about 48 seconds for the film to be developed. Del Riccio recognized that races taking place in the late afternoon would cause lighting problems, as shadows and low light would make for difficult to read photos. To rectify this, he engineered “Photo Chart” equipment, consisting of 1000-watt, water-cooled mercury lamps, first installed at Hollywood Park racetrack.
https://blogs.scientificamerican.com/anecdotes-from-the-archive/winning-in-a-snap-a-history-of-photo-finishes-and-horse-racing/





S.a. http://www.finishlynx.com/

@sarkanas
@mojorisin
@parafugacious

Hi, danke für die Links. Ich finde das total faszinierend...

aus @sarkanas s Quelle:

[...]the image it [the camera] produced showed different points in time at a fixed location instead of showing different locations at a fixed point in time.

Und das im Kopf "umzuknoten" ist für mich jedes Mal aufs Neue eine prickelnde Herausforderung.

Grüße
zalesi

Hier ein schönes Beispiel für Synchronisierung (weil grade das Video viral ist):
https://www.youtube.com/watch?v=XP2xUwqiXYo

@all

Danke für die ganzen aufschlussreichen Antworten. Man lernt ja bekanntlich nie aus. THX.

skagerak schrieb am 16.07.2017:Cool, danke :-)
Nu würd mich ja noch interessieren, ob es denn technisch möglich wäre das zu korrigieren bzw. warum sich diese Frequenzen nicht synchronisieren lassen?

Kann man immer nur zwei dieser genannten Faktoren synchronisieren?

Nennt sich Globel Shutter und wird eigentlich in jeder größeren Produktion genutzt. Der Sensor wird nicht mehr Zeilenweise ausgelesen sondern immer komplett, das eliminiert die gezeigten Effekte, dennoch hat auch dieser Art der Auslesung Nachteile.

Allgemein kann man aber sagen dass die Technik immer mehr Fortschritte macht und aktuelle Kameras immer weniger vom Rolling Shutter geplagt werden.