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拍攝與量測

慢動作揮桿影片:fps 只決定一半

一段慢動作影片值不值得拿來量,是兩個設定決定的,其中只有一個出現在手機的選單裡。這一頁把算式攤開:兩格之間的空隙是一回事,一格之內的殘影是另一回事。

一張黑白照片,澳洲職業選手 Eric Cremin 在布里斯本的一場比賽中揮桿。
一張黑白照片,澳洲職業選手 Eric Cremin 在布里斯本的一場比賽中揮桿。 State Library of Queensland, No known copyright restrictions

兩個旋鈕,手機只給你看一個

約 8 倍那篇研究的快門,比它自己的每格時間短多少

影格率回答的是感光元件多久拍一張,快門速度回答的是每一張開多久。RED Digital Cinema 把快門角度解釋成拿後者去對照前者的一種寫法,上限訂在 360 度,那時曝光的長度剛好等於一格。24 fps 搭 180 度快門,大約落在 1/48 秒。上限以下要開多久,由光線決定。

高爾夫的文獻裡,兩個都被挑過。那篇拿三套低價影片分析軟體去測十二位球友的 Scientific Reports 研究,把相機架在高 1 公尺、距離 4 公尺的位置,照它自己的寫法,設定成快門速度 1/2000、240 Hz 拍攝。每一格持續 1/240 秒,快門開著的時間只佔其中八分之一。手機給你前面那個數字,把後面那個藏起來。

兩格之間的桿頭,和一格之內的桿頭

約 8 英吋115 mph 的一號木桿,在一次 1/240 秒曝光裡走掉的距離

TrackMan 把 PGA 巡迴賽的一號木桿桿頭速度放在 115 mph,大約每秒 169 英尺。60 fps 下,桿頭在相鄰兩格之間跨過大約 34 英吋;240 fps 下大約 8 英吋。這段愈縮愈小的空隙,才是影格率拉高真正買到的東西,它也決定了你想看的那個位置附近,到底存不存在一格。

殘影是另一道算式:同樣的每秒 169 英尺,這次乘的是曝光時間,不是兩格的間隔。快門 1/2000 秒,快門開著的期間桿頭走大約 1 英吋。1/1000 秒是 2 英吋。1/240 秒是 240 fps 影片能有的最長曝光,大約 8 英吋,剛好等於它在兩格之間跑掉的全部距離。格數不夠,那個位置根本沒被記下來;曝光太長,記下來的是一道拖痕。把影格率拉高,只處理得到前面那一種。

昏暗的打擊區為什麼輸給明亮的停車場

2-1,000 勒克斯光感測器研究裡的室內照度,對照日照下的 20,000-100,000 勒克斯

手機的光圈是固定的,所以影格率一定下來,相機手上只剩兩樣東西可以換:曝光多久,以及放大多用力。曝光時間不可能超過一格的長度,所以還沒輪到別的條件,240 fps 就先把它壓在 1/240 秒。

再來是光。那篇穿戴式光感測器研究,把裝置的校正範圍拉過室內 2 到 1,000 勒克斯,以及室外從陰天的 5,000 勒克斯一路到日照下的 100,000。它最亮的室內條件和最亮的室外條件,中間差了兩個數量級。在室內,相機的曝光時間先用完,接著開始放大訊號;放大就是雜訊,而降噪會把邊緣抹軟。

在室外用 60 fps,整整 1/60 秒都可以用,而且用不到那麼多。光線允許相機停在 1/1000 秒的話,那顆桿頭糊掉的是 2 英吋,不是 8 英吋。拍攝指南說,明亮的 60 fps 影片勝過昏暗的 240 fps 影片,那條規則底下墊的就是這道算式。

聽聽看

三聲:起桿、頂點、擊球。先從巡迴賽的節拍開始,再換到你真的揮得動的那一個。

殘影會對你要量的角度做什麼

姿態追蹤必須在關節上放下一個點。清楚的一格給的是一個帶邊緣的手腕;糊掉的一格給的是一條帶狀區域,那個點就落在裡面的某處。一個角度是由兩個這樣的點畫出來的,所以線的兩端都會飄。

肢段愈短,受害愈重。假設一段肢體在畫面上是 100 個畫素,而兩端各自可能落在真值兩側 8 個畫素的範圍內:穿過它們的那條線會擺動好幾度,揮桿本身卻什麼都沒變。提高解析度救不了你,因為同一片殘影在 4K 畫面裡佔掉的比例,和在 1080p 畫面裡一樣。多出來的畫素幫得上的是另一種誤差,也就是把點放到邊緣上時的那點鬆動。

難處在方向。模糊不會加上一個你能扣掉的固定值,它加的是散布,而散布正是讓這一支影片和下一支對不起來的原因。手機老實講量得出哪些數字,屬於〈手機到底量得出揮桿的什麼〉那一篇。動態模糊在高爾夫揮桿裡會讓關節角度差多少,沒有任何已發表的研究給過數字,所以影格率的那些經驗法則,就當成從物理推出來的推論看待。

iPhone 和 Pixel 上真正要動的設定

Apple 的 iPhone 17 Pro 規格寫的是,慢動作在 1080p 最高 240 fps,4K Dolby Vision 最高 120,一般的 4K 錄影則有 24、25、30、60、100 或 120 fps。選 240 除了把曝光壓到上限,也賠掉 4K 這個畫面。Google 的相機說明把 Pixel 的影格率放在每秒格數的切換項底下,4K 最高只到 60 fps,並建議最快的被攝體用 1/8 倍速。

兩家的內建相機都不給你快門。兩邊商店都免費的 Blackmagic Camera 給:影格率、快門角度、白平衡和 ISO 在同一個面板上,依機型從 24 fps 到 120 fps,而且它直接寫著,快門速度就是你用來控制畫面裡動態模糊多寡的東西。

照這樣排下來的順序是:先光線,再影格率,最後才是解析度。站哪裡、球桿怎麼入鏡,那是拍攝指南的事。Pebble Swing 從遞給它的每一格讀出關節角度和上桿對下桿的節奏比,所以那些格子的曝光,值得你花一分鐘架設。

常見問題

乾脆全部都用 240 fps 拍就好?
只有在光線花得起的時候。每一格的曝光不可能超過 1/240 秒,所以在昏暗的打擊區,相機會用增益去補那段差額,還你一段雜訊多、邊緣糊軟的快速動作影片。在 iPhone 上,這個選擇還會把你降到 1080p,因為 4K 到 120 fps 就停了。
我的 240 fps 影片在手機上看起來很好,那就是好嗎?
一隻手臂距離外的小螢幕,會藏住追蹤器沒辦法忽略的雜訊和軟邊,因為追蹤器讀的是畫素,不是印象。把進度拉到下桿的某一格,放大前導手的前臂。邊緣如果是一段漸層而不是一條線,那一格就是軟的。
在 App 裡把影片放慢,效果一樣嗎?
不一樣。播放速度和拍攝格數是兩個不同的量。把 30 fps 的影片放慢到四分之一速,是把已經拍到的每一格顯示得久一點,或者在中間生出新的格子。兩種做法都沒有多記錄到你揮桿的任何一個瞬間,而沒拍到的格子是拿不回來的。
在手機上追 1/2000 秒的快門值得嗎?
在光線好的戶外,用一個讓你設定得到它的 App,這個設定會把 115 mph 的桿頭從一道 8 英吋的拖痕,變成大約 1 英吋。在室內,任何還能用的增益值下都到不了這個快門,而那篇發表過的高爾夫研究,1/2000 是用在專用相機上的。

資料來源

這一頁的每個數字都來自其中之一。

  1. An evaluation of temporal and club angle parameters during golf swings using low cost video analyses packages, Scientific Reports (PMC)
  2. RED Digital Cinema: Shutter Angle Explained
  3. Apple: iPhone 17 Pro technical specifications
  4. Google Pixel Camera Help: Record a video on your Pixel phone
  5. TrackMan: What is Club Speed?
  6. Performance of wearable light sensors for measuring photopic and melanopic illuminance (PMC)
  7. Blackmagic Design: Blackmagic Camera app