Il tempo di posa nella ripresa video: motion blur, strobing, flickering…

A cura di: Gianfranco Corigliano

Gli effetti del tempo di posa nelle fotocamere reflex video high definition HD. Motion blur cinematografico, “congelamento” frame ad elevati tempi di otturazione e “sfarfallio” di flickering d’esposizione conseguente alla fisica di illuminazione artificiale. L’importanza dell’otturatore in gradi.

 

La gamma Nikon in campo video Il tempo di posa
Il motion blur e lo strobing – esempi video Gli effetti del tempo di otturazione
Il flickering di illuminazione Prevenire il flickering in ripresa – esempi video
L’otturatore delle macchina da presa e delle reflex digitali Conclusioni e link utili

Gli effetti del tempo di otturazione

L’utilizzo di una specifica velocità dell’otturatore darà alle riprese una certa quantità di motion blur; il tempo di posa andrà selezionato in funzione dell’effetto di visione che si vuol dare al girato video:

• Con una bassa velocità dell’otturatore, ogni fotogramma video presenta un maggior motion blur e il filmato apparirà più “sfocato”, con la probabile comparsa di scie nella ripresa di soggetti in rapido movimento (esempio 1/25”).

• L’utilizzo di una velocità normale dell’otturatore (in base allo standard televisivo utilizzato e della regola dell’otturatore a 180° gradi) di 1/48” a 24p, 1/50” a 25p; 1/60” a 30p, permette ad ogni fotogramma video di avere una quantità di motion blur simile a quella percepita dalla vista umana. È il tempo di posa più frequentemente utilizzato nella maggior parte delle produzioni video in stile cinematografico.

• L’impiego di un’alta velocità dell’otturatore, con tempi pari e superiori al 1/100”, garantisce fotogrammi video nitidi e con un basso contenuto di motion blur; ma al tempo stesso le sequenze riprese mostrano un elevato effetto “strobing” in forma direttamente proporzionale al dinamismo della scena.

L’uso di un’elevata velocità dell’otturatore è consigliata per le sequenze video da utilizzare per lo “slow motion”; dove è fondamentale poter contare su fotogrammi nitidi da poter rallentare in funzione del frame rate utilizzato. Ad esempio riprendendo un girato a 50fps, potremo rallentare la sequenza video ripresa del 50% ottenendo un clip video di doppia durata e con un frame rate pari a 25fps. Per sequenze uso slow motion sono raccomandati tempi di otturazione rapidi anche superiori al 1/100”, necessari per bloccare il movimento quindi renderlo percettivamente coerente con la nuova cadenza di riproduzione rallentata.

Il flickering di illuminazione

L’utilizzo di una fotocamera reflex video HD, come abbiamo già visto in precedenza, non ci tutela dalla comparsa degli artefatti più comuni che compaiono durante le riprese video. Uno di questi è lo sfarfallio, detto anche comunemente “flickering” che è un fenomeno che si presenta quando si effettuano riprese video in presenza di fonti di illuminazione artificiale. Il flickering è dovuto principalmente agli effetti che provoca la variazione della tensione elettrica ai sistemi di illuminazione artificiale, ed è maggiormente visibile in caso di utilizzo di determinati frame rate e velocità dell’otturatore. Il Flicker è inoltre un fenomeno strettamente correlato alla percezione cerebrale delle variazioni di intensità luminosa, attraverso meccanismi fisiologici legati alla visione: è quindi “in primis” un fenomeno soggettivo che può variare da persona a persona. Per comprendere bene questo fenomeno si deve osservare che l’occhio umano è in grado di rilevare le variazioni di luce se queste hanno una frequenza non superiore ai 30Hz (oscillazioni); le quali possono causare disturbi per l’essere umano che vanno dal semplice fastidio a disagi più complessi. La maggior parte delle fonti di illuminazione artificiali continue che vengono utilizzate anche in ambito cinematografico, non emettono un flusso luminoso continuo, ma la loro intensità varia in conseguenza alla tensione di rete. La tensione di rete cambia la sua polarità 100 volte al secondo alla frequenza di 50Hz in Europa e 120 volte al secondo a 60Hz negli USA; di conseguenza varierà anche l’intensità luminosa nel tempo in funzione della frequenza di rete. Attenzione, bisogna ricordarsi sempre che la frequenza della sorgente di luce è due volte la frequenza di rete! Questo fenomeno avviene molto rapidamente e non è visibile all'occhio umano. Ma quando registriamo una sequenza video senza emulare quanto occhio e cervello compensano, questa variazione di luminosità pulsante diventa visibile; nel peggiore dei casi questo fenomeno può portare a registrazioni inutilizzabili.

Il grafico sinusoidale riportato sotto rappresenta tre cicli (hertz) di una corrente alternata, ad ogni ciclo è presente un picco positivo (sopra la linea) e uno negativo (sotto la linea); ad esempio per una qualsiasi lampada a scarica di gas ciò rappresenta sei impulsi di luce.

La corrente alternata varia il suo verso di scorrimento continuamente, cioè varia la sua polarità; in ogni
ciclo avremo un valore massimo positivo e uno negativo. Per la tensione di rete italiana questa
variazione avviene 100 volte al secondo (50 Hz).

Infatti, le lampade a scarica di gas (lampade a fluorescenza, bulbi allo xeno, vapori di mercurio, etc.) emettono la luce a impulsi ad ogni picco dell’onda sinusoidale, anche quando il picco è negativo. Questa tipologia di luci normalmente incorpora un alimentatore elettronico (reattore) che permette di convertire la corrente alternata in continua. Per tutti coloro che non hanno nozioni di elettrotecnica il risultato della conversione, da corrente alternata a continua, è che le porzioni negative della sinusoide vengono convertite in valori positivi.

Grafico corrente continua

Il frame rate standard per il sistema televisivo PAL è di 25fps: 100 impulsi dovuti alla frequenza di rete (50Hz) diviso 25fps produce 4 impulsi, di cui se ne vedranno solamente 2 utilizzando il tempo di otturazione pari a 1/50”. In teoria utilizzando sulla fotocamera questo frame rate le riprese dovrebbero essere perfettamente esenti dalla presenza di sfarfallio, in quanto ogni fotogramma riceve lo stesso numero di impulsi di luce. Infatti, ogni fotogramma video catturerà la stessa quantità di luce finché la fotocamera registrerà a 25fps e alla stessa frequenza della rete elettrica. Se la velocità dell’otturatore della fotocamera o la frequenza di rete dovessero variare nel tempo, potrebbero insorgere fenomeni di flickering, in quanto non tutti i fotogrammi riceverebbero la stessa quantità di luce. In pratica l'otturatore potrebbe catturare ciclicamente anche i momenti in cui la sorgente luminosa non emette luce. Riassumendo quanto l’effetto flicker diventerà visibile nelle sequenze video, dipenderà dalle impostazioni della fotocamera (frame rate, tempo d’otturazione ed in parte dalla funzione di riduzione dello sfarfallio del menù impostazioni), dal tipo di sorgente luminosa utilizzata e dalla frequenza di rete. Il flicker potrà essere facilmente rilevato valutando l’istogramma video, infatti si noteranno delle differenze tra i vari fotogrammi con la presenza di espansioni e contrazioni orizzontali nel grafico dei toni. L’effetto di forte oscillazione sotto illuminazioni a fluorescenza sarà ovviamente già visibile in live view sul monitor della fotocamera in uso. Il flickering di una sorgente luminosa dipende dalla sua inerzia; le lampade ad incandescenza ad esempio reagiscono molto più lentamente alle variazioni di tensione delle lampade a scarica (fluorescenti) e quindi presentano meno problemi di sfarfallio. Il flickering viene influenzato anche dal modo in cui le lampade sono alimentate; gli alimentatori elettronici di ultima generazione sono costruiti in maniera tale da fornire corrente alle lampade in modo da ridurre lo sfarfallio. Il fattore di sfarfallio rappresenta un numero che esprime in percentuale la quantità di sfarfallio emesso da una sorgente luminosa. È un fattore indipendente dalla potenza della sorgente luminosa utilizzata; un fattore di flickering pari a 0% rappresenta un’illuminazione che emette una luce costante senza flickering (flicker free); un fattore di sfarfallio del 100% significa che la luce si spegne del tutto al suo minimo valore per poi tornare al suo massimo valore per ogni ciclo. Con un fattore 100 avremo quindi la massima presenza di sfarfallio.


Valori tipici del fattore di flickering:

  TIPO DI LAMPADINA
EFFETTO FLICKERING
  LED con potenza al 50%:
99%
  Luci HMI con alimentatore magnetico:
40-70%
  Luci HMI con alimentatore elettronico:
1-3%
  Luci stradali:
50-70%
  Luci Fluorescenti con alimentatore magnetico:
30-60%
  Luci Fluorescenti con alimentatore elettronico:
0-12%
  Normale lampadina:
10-15%
  Luci al Tungsteno:
0-10%
  Luce solare:
0%

Il fattore di sfarfallio della sorgente luminosa può essere misurato attraverso attrezzature specialistiche, come il “flickermetro”. In generale, una fonte luminosa che presenta un fattore di sfarfallio del 3% o meno, è considerata come “flicker-free” ossia esente da sfarfallio, quindi può andare bene per la maggior parte delle applicazioni cinematografiche, ad eccezione di riprese ad alte velocità con frame rate superiori ai 150fps (superano i cicli della frequenza di rete). Le luci al tungsteno presentano un’ottima resistenza al flickering.

Le luci di potenza superiori a 1Kw sono relativamente esenti da flickering; ma le piccole lampadine, in particolare quelle da abitazione da 100W o più piccole, possono causare problemi di sfarfallio.

Le luci al Tungsteno possono aumentare il loro fattore di flickering in presenza di dimmer SCR. Il dimmer è un regolatore elettronico utilizzato per controllare la potenza assorbita da un’apparecchiatura, permettendo di controllare a piacimento l'intensità delle luci variando la tensione (dimmerazione). I dimmer SCR tagliano l’onda sinusoidale della tensione di linea, causando il raffreddamento del filamento durante i cicli; comportando un decadimento dell’intensità luminosa e quindi la conseguente comparsa di flickering. Le luci al Tungsteno presentano un fattore di sfarfallio tra lo 0 e il 10%, le lampadine domestiche tra il 10 e il 15%.

Ingrandisci l'immagine
Ingrandisci l'immagine
Ingrandisci l'immagine
Ingrandisci l'immagine
Ingrandisci l'immagine
Lampada ad incandescenza con filamento di Tungsteno.
Lampada a fluorescenza del tipo a risparmio energetico.
Tubo a fluorescenza e/o neon.
Lampada allo Xeno.
Lampada a LED.


Le lampade fluorescenti si sono affermate nel tempo nei campi della fotografia, cinematografia, televisione, per il loro basso consumo energetico e la bassa emissione di calore. Le lampade fluorescenti sono un tipo di sorgenti a scarica realizzate con gas a bassa pressione. Le lampade contengono al loro interno generalmente una miscela fatta di mercurio e di gas inerte (generalmente Argon). La luce emessa da questo tipo di lampade infatti non è costante, ma è il risultato di diverse scariche a rapida frequenza che non vengono percepite dall’occhio umano, per il fenomeno della persistenza della visione, ma che possono causare un fastidioso sfarfallio nelle sequenze video riprese dalle fotocamere se non si effettuano i dovuti accorgimenti per evitarlo. Questo fenomeno fa si che la lampada, spiegandolo in maniera semplice, si accenda e spenga molte volte al secondo. Come le altre lampade a scarica, le lampade fluorescenti possono essere utilizzate con alimentatori magnetici o con l’utilizzo di alimentatori elettronici per evitare il flickering. Le luci fluorescenti e le lampade a risparmio energetico presentano fattori di sfarfallio tra il 30 e il 60% quando operano con alimentatori magnetici e dallo 0 a 12% quando vengono utilizzate con reattori elettronici. Le lampade a Vapori di sodio e lampade simili appartengono alla famiglia delle lampade a scarica, sono utilizzate prevalentemente per l’illuminazione stradale, di fabbriche e negozi; se utilizzate con alimentatori elettronici non presentano nessun problema di flickering.
Le luci a LED (Light Emitting Diodes) sono un tipo di illuminazione diverso rispetto alle fonti classiche che abbiamo visto finora. La tecnologia a LED rappresenta senza dubbio una delle maggiori innovazioni nel settore dell’illuminazione; sono ormai utilizzate in molte aree applicative; infatti, i moderni LED sono diventati sistemi di illuminazione alternativi in molte applicazioni riservate alle lampade tradizionali. Un LED emette luce essenzialmente monocromatica di un particolare colore; mentre il colore della luce dipende dal materiale utilizzato.

 

Ingrandisci l'immagine

Lampada del tipo a LED.

Il LED reagisce molto velocemente ai cambiamenti di tensione, anche più velocemente delle lampade a scarica; quindi con i sistemi di illuminazione a LED lo sfarfallio può sempre esser presente soprattutto quando in uso LED ad alta intensità. I LED di solito sono alimentati da tensione continua fornita da un adattatore di rete; gli alimentatori di qualità generano una tensione ben stabilizzata, che permette di ottenere una luce flicker free, favorendo le riprese video. Gli alimentatori economici presentano invece una certa ondulazione dell’onda sinusoidale, simile a quella degli alimentatori elettronici per luci fluorescenti, favorendo l’insorgere dello sfarfallio. Molti produttori utilizzano nei LED frequenze differenti rispetto a quella di rete, generalmente con valori tra i 30 e 200Hz; l’utilizzo di queste frequenze può portare all’insorgenza di gravi problemi di sfarfallio anche durante le riprese a 25fps. Bisognerà quindi sempre misurare e conoscere il fattore di flickering delle luci utilizzate, della frequenza della rete elettrica nel momento in cui si riprenderà in ambienti illuminati con sistemi a LED.


 

Tipici fattori di sfarfallio di luci a LED:
  TIPO DI LAMPADINA
FATTORE di FLICKERING
  LED grigio al 50%:
99%
  LED con trasformatori magnetici:
40-70%
  LED con alimentatori economici:
0-15%
  LED con alimentatori elettronici di qualità:
50-70%