Sledujete staré rodinné video, nebo prohlížíte fotky z devadesátek a najednou si všimnete podivného jevu: obrazovka televize na záznamu je zvlněná, jako by byla z gumy, přestože víte, že ve skutečnosti byla dokonale plochá. Není to chyba vaší paměti ani optický klam, který byste viděli pouhým okem. Jde o fascinující souhru technologie a lidského vnímání, která odhaluje rozdíly mezi tím, jak vidíme svět my, a jak ho zaznamenávají kamery.
Tato záhada trápila generace diváků a fotografů. Jak je možné, že něco, co bylo statické a rovné, se na záznamu jeví zkroucené? Odpověď leží v principech fungování starých obrazovek s katodovou trubicí (CRT) a způsobu, jakým s nimi interagovaly tehdejší záznamové technologie. Všechno se točí kolem neviditelných procesů, které se odehrávaly na povrchu obrazovky a v útrobách kamery.
Záhada vlnících se obrazovek: Co naše oči nevidí
Naše oči jsou úžasné nástroje, ale mají svá specifika. Když se díváme na televizi, vnímáme obraz jako souvislý a stabilní celek. Nejsme schopni rozeznat jednotlivé řádky, ze kterých se obraz skládá, ani rychlé blikání, které probíhá na pozadí. Tento jev se nazývá setrvačnost zraku – dojem z viděného obrazu přetrvává na sítnici po krátkou dobu i poté, co světlo přestane dopadat.
Díky této setrvačnosti vnímáme svět jako plynulý, i když se ve skutečnosti skládá z rychlých změn. Stejně tak nám to umožňuje vnímat film jako souvislý pohyb, přestože jde o sled statických snímků promítaných dostatečně rychle za sebou. Pro lidské oko jsou tedy staré CRT obrazovky s jejich obnovovací frekvencí naprosto v pořádku.
Jak fungovaly CRT televize: Tanec elektronového paprsku
Představte si starou objemnou televizi nebo monitor. Uvnitř se nacházela vakuová trubice – katodová trubice (CRT). Na jejím konci byla elektronová děla, která vystřelovala tenký svazek elektronů směrem k vnitřní straně obrazovky. Tato vnitřní strana byla pokryta luminofory, malými tečkami, které se rozsvítily, když do nich elektrony narazily.
Obraz se na CRT obrazovce nevykresloval najednou. Místo toho se elektronový paprsek pohyboval systematicky, řádek po řádku, shora dolů a zleva doprava, rozsvěcel luminofory, aby vytvořil obraz. Jakmile paprsek dokončil jeden řádek, přesunul se na začátek dalšího, a když dosáhl spodku obrazovky, vrátil se nahoru a začal znovu. Tento proces se opakoval neuvěřitelně rychle.
Celá obrazovka se tímto způsobem obnovovala (anglicky refresh rate) typicky 50 nebo 60krát za sekundu, což odpovídá 50 nebo 60 Hz. Pro naše oči to bylo dostatečně rychlé, aby vnímaly plynulý a stabilní obraz, aniž by si všimly jednotlivých řádků nebo blikání. Detailní popis fungování těchto monitorů najdete například na HowStuffWorks.com, kde je princip vysvětlen do hloubky.
Kamera versus obrazovka: Souboj snímkovacích frekvencí
Zatímco naše oči jsou schopny kompenzovat rychlé změny, kamery, a to zejména ty starší videokamery a fotoaparáty s takzvanou 'rolling shutter' závěrkou, fungují jinak. Namísto toho, aby zachytily celý obraz najednou (což dělají kamery s 'global shutter' závěrkou), zaznamenávají obraz sekvenčně, podobně jako CRT obrazovka. To znamená, že snímání probíhá také odshora dolů, řádek po řádku, nebo sloupec po sloupci.
Klíčový problém nastává, když se snímkovací frekvence kamery neshoduje s obnovovací frekvencí CRT obrazovky. Obnovovací frekvence, jak už víme, je počet, kolikrát se obraz na obrazovce překreslí za jednu sekundu. Wikipedia uvádí, že pro plynulé zobrazení je klíčové, aby byla obnovovací frekvence dostatečně vysoká.
Kamera snímá obraz určitou rychlostí, například 25 nebo 30 snímků za sekundu (fps). Pokud se tato frekvence přesně neshoduje s frekvencí, kterou se obrazovka obnovuje, kamera zachytí různé části obrazovky v různých fázích jejího vykreslování. Není to tedy jen o rychlosti, ale o naprosté synchronizaci obou zařízení, která se jen zřídka setkaly ve shodě.
Proč vznikaly ty podivné vlny?
Když se kamera s rolling shutterem snaží zachytit obraz z CRT obrazovky, která se neustále obnovuje řádek po řádku, dochází k paradoxu. Kamera začne zaznamenávat horní část obrazovky, která je v jedné fázi obnovovacího cyklu. Než se ale kamera posune níže a zaznamená střední část, ta už je v jiné fázi cyklu. A spodní část obrazovky? Ta je v úplně jiné fázi.
Tento nesoulad vede k vizuálním artefaktům, které jsou pro člověka neviditelné, ale na záznamu kamery se objeví v plné kráse. Může jít o vlnité čáry, které se zdají deformovat obrazovku, rolovací pruhy, které se pohybují nahoru nebo dolů, nebo složité moiré vzory. Obrazovka sice byla rovná, ale kamera ji
