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

Prevenire il flickering in ripresa

Se si dovesse necessariamente riprendere senza flicker, in presenza di sorgenti di luce artificiale, è essenziale regolare il frame rate e il tempo di posa alla frequenza di rete in modo tale che nessun problema di flickering si verifichi. La velocità della fotocamera e la frequenza di rete devono essere sufficientemente precise e stabili. Per esporre tutti i fotogrammi allo stesso modo, quindi senza flickering, è necessario esporre ogni fotogramma esattamente con la stessa quantità di luce. Ci sono due modi per farlo:

  • Un metodo è quello di scegliere il frame rate e il tempo d’otturazione con la regola dell’otturatore a 180°. Poiché tutte le semionde sinusoidali della corrente sono identiche, l’esposizione non dipende dal suo punto di partenza esatto durante il semiciclo. Pertanto la fotocamera non ha bisogno di essere esattamente sincrona alla frequenza di rete, solo il tempo di esposizione deve essere corretto. Piccole deviazioni della velocità dell’otturatore della fotocamera, della frequenza della linea elettrica non necessariamente porteranno alla presenza di sfarfallio. Le riprese con le fotocamere digitali a tali velocità dell’otturatore sono relativamente sicure. Si scelga quindi una velocità di otturazione pari al numero degli impulsi del sistema di illuminazione utilizzato dividendoli per un numero intero; ad esempio per 100 impulsi (50Hz), a 25fps, alcuni valori compatibili sono 1/100”, 1/50” e 1/25”. A differenza della variazione del frame rate vista in precedenza, questa possibilità spesso non è così semplice, in quanto può limitare la capacità di controllo del motion blur presente nelle riprese. D'altra parte questo metodo permette di ridurre il flickering sotto una più ampia gamma di tipi di illuminazione.
     
  • L’altro modo è di scegliere il frame rate della fotocamera esattamente proporzionale alla frequenza di rete, in modo che l’esposizione cominci sempre nel punto esatto del ciclo. Il frame rate della fotocamera e la frequenza di rete devono essere estremamente precise, altrimenti il punto di partenza della esposizione comincia a spostarsi dopo pochi fotogrammi, provocando un lento ma forte sfarfallio. Scegliamo quindi un frame rate tra quelli disponibili nella fotocamera, che sia il risultato della divisione tra il numero di impulsi del sistema di illuminazione per un numero intero; ad esempio per 100 impulsi (50Hz in Europa) dividendo per 2 e per 4, otteniamo rispettivamente 50fps e 25fps. Questa è spesso l'opzione più semplice per ridurre il flickering, in quanto la maggior parte dei tempi di posa corrispondenti apparirà priva di sfarfallio.

Per il frame rate video di 25fps (sistema PAL) i tempi di posa “flicker free” a 50 Hz di frequenza di rete sono 1/50” e 1/25”. Per la frequenza di rete americana a 60 Hz di frequenza di rete i tempi di posa sicuri sono 1/60” e 1/30”.

Riassumendo, oltre che cambiare la tipologia di illuminazione, si hanno due possibilità per superare i problemi dovuti al flickering, variando il frame rate o il tempo di posa.

L’otturatore delle macchina da presa e delle reflex digitali


Schema di otturatore rotante di una cinepresa tradizionale a pellicola con disco a mezza luna (180°) posizionato accanto all’ingresso pellicola.

Uno dei vantaggi dell’otturatore elettronico delle fotocamere reflex digitali è la possibilità di esporre a 360° che per il sistema PAL corrisponde ad un tempo d’otturazione di 1/25”, in quanto non sono previsti movimenti di trascinamento del fotogramma a differenza delle cineprese tradizionali. Ma vediamo nel dettaglio il principio di funzionamento dell’otturatore di una cinepresa tradizionale. L’otturatore a 180° gradi è un elemento spesso sottovalutato non molto conosciuto nel mondo delle riprese video digitali.

Nelle semplici cineprese a pellicola l’otturatore ha una forma a semicerchio con un angolo di scatto di 180 gradi. Nelle cineprese più avanzate (anche digitali) l’angolo dell’otturatore e quindi la forma dell’otturatore possono essere modificati. Il disco dell’otturatore presenta un certo angolo di “taglio” in cui il disco presenterà un angolo “scoperto”. Il tempo di esposizione di ogni fotogramma è determinato dall’ampiezza dell’angolo scoperto presente sul disco dell’otturatore. Questo angolo viene definito angolo di otturazione o dell’otturatore.


Più ampio è l’angolo dell’arco di cerchio dell’otturatore e maggiore sarà il tempo di esposizione in una cinepresa. Piccoli angoli in gradi garantiscono tempi di esposizione più brevi.


Vari angoli di scatto e rispettivi tempi di esposizione in proporzione della durata totale del fotogramma.

L’otturatore a forma di semicerchio possiede un angolo scoperto di 180 gradi; per far sì che la cinepresa esponga correttamente la pellicola cinematografica, l’otturatore dovrà necessariamente ruotare di un giro completo per ogni fotogramma. Quindi se si stesse riprendendo a 1 fotogramma per secondo, la pellicola sarebbe esposta alla parte aperta del disco solo per la metà della sua rotazione completa, in altre parole, solamente per la metà della velocità dell’otturatore, permettendo alla luce di esporre quel fotogramma specifico.

Durante l’altra metà della rotazione del disco la pellicola non sarà esposta in quanto il disco è chiuso; la pellicola durante la rotazione dell’otturatore viene trascinata da un meccanismo chiamato “griffa” che s’inserisce nelle perforazioni della pellicola facendo scorrere il fotogramma, dopodiché l’otturatore sarà pronto a esporre il nuovo fotogramma. In sostanza in una cinepresa a pellicola cinematografica il negativo non è esposto continuamente; si ha una lasso di tempo in cui il negativo non viene colpito dalla luce.

 

Il frame rate di un filmato specifica la frequenza con cui vengono catturati i fotogrammi in sequenza; in una camera a pellicola sarà uguale al numero di fotogrammi al secondo che scorrono attraverso l’otturatore per essere esposti. Il frame rate standard per il cinema è di 24fps (23,976 NTSC) che sta ad indicare 24 giri in un secondo. Con un frame rate pari a 24fps una rotazione completa richiede 1/24”, in modo che ogni fotogramma sia esposto esattamente per la metà di quel tempo, che è pari a 1/48”. Nello standard PAL a 25fps l’otturatore ruota 25 volte in un secondo, una rotazione completa richiede 1/25”, in modo che ogni fotogramma sia esposto esattamente per la metà di quel tempo 1/50”.

 

Durante la rotazione dell’otturatore a 180° avremo che il fotogramma
viene esposto solamente per la metà tempo di rivoluzione.

 

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Otturatore in gradi della Arri Alexa Studio.
Nelle cineprese digitali l’otturatore viene regolato in gradi; in funzione del frame rate selezionato otterremo il tempo di posa equivalente. In questo caso per 25fps avremo un tempo di otturazione di 1/50”.

È importante notare che l’angolo dell’otturatore descrive la velocità dell’otturatore rispetto al frame rate. Quando manteniamo lo stesso angolo di ripresa, ma modifichiamo il frame rate, è necessario regolare la velocità dell’otturatore di conseguenza. Quindi, dal momento che si è compreso che quando si riprende a 1 fotogramma per secondo la velocità dell’otturatore sarà pari a 1/2”, sarà facile calcolare tutti i tempi di posa in funzione del frame rate selezionato, basterà semplicemente fare delle semplici operazioni matematiche.

 

  FRAME RATE FPS
TEMPO OTTURAZIONE
 
24
1/48”
 
25
1/50”
 
30
1/60”
 
50
1/100”
 
60
1/120”
 
120
1/240”

L’angolo dell’otturatore può essere convertito facilmente in velocità dell’otturatore attraverso la seguente formula:

Tempo di otturazione = Angolo dell’otturatore / (360 * fps).


Ora si può facilmente comprendere perché la regola dei 180 gradi può rivelarsi estremamente problematica ad elevati frame rate; ad esempio se dovessimo filmare con una cinepresa Red Scarlet che ha la possibilità di riprendere a 120fps, necessariamente dovremo impostare l’otturatore su un tempo di 1/240”, ottenendo una perdita di luminosità, rispetto a riprese a 1/50” a 25fps nelle medesime condizioni di esposizione, superiore ai 2 stop di luminosità.

Lo stesso discorso vale per le camere digitali ad elevati frame rate, come nel caso della Phantom che può riprendere a frame rate sbalorditivi oltre i 1000fps o per le Nikon 1 capaci di riprendere ad elevatissimi frame rate (400/1200 fps) a formato ridotto. In base alla regola dell’otturatore a 180°, al fine di ottenere il corretto tempo di otturazione, per un frame rate pari a 1000fps sarà necessario eseguire le riprese video ad almeno 1/2000 di secondo e andrà verificata la possibilità di filmare con quel tempo di posa in base alle condizioni di illuminazione della scena ripresa; fermo restando che in condizioni di scarsissima illuminazione sarà pressoché impossibile l’utilizzo di frame rate così elevati, anche utilizzando sensibilità estreme. Con le cineprese potrebbe capitare di riprendere con velocità dell’otturatore superiori ai 180°, cosa che però è fortemente sconsigliata, in quanto le riprese conterrebbero un elevato motion blur che si tradurrebbe in un aspetto “nebbioso” con presenza di scie, dovute al basso tempo di otturazione. Inoltre, questo è un aspetto che sarebbe meccanicamente impossibile da raggiungere con una cinepresa a pellicola con otturatore a 180°; di conseguenza una ripresa con tempi di otturazione superiori a 180 gradi avrà un look innaturale. Si dovranno fare alcune lievi modifiche al momento di scegliere la corretta velocità dell’otturatore utilizzando una fotocamera reflex video rispetto alla regola dell’otturatore a 180°, in funzione del frame rate utilizzato. Se si gira con il frame rate dedicato al mondo delle produzioni cinematografiche a 24fps, la velocità dell’otturatore più vicina possibile è di 1/50”, mentre se si riprende a 60fps (NTSC) la velocità dell’otturatore più vicina selezionabile sarà pari a 1/125”. Questa lieve differenza non influenzerà il look delle riprese. Come abbiamo visto in precedenza per un frame rate di 24 fps con un otturatore a 180° il tempo di otturazione sarà pari a 1/48 di secondo.

La seguente tabella elenca alcuni degli angoli di posa più utilizzati convertiti in velocità dell’otturatore.

 

Angolo di otturazione espressi in gradi e relative velocità dell’otturatore in frazione di secondo
Angolo Otturatore
Cinepresa
Velocità otturatore
a 24fps (cinema)
Velocità otturatore
a 25fps (PAL)
Velocità otturatore
a 30fps (NTSC)
45°
1/192
1/200
1/240
60°
1/144
1/150
1/180
90°
1/96
1/100
1/120
135°
1/64
1/66
1/80
144°
1/60
1/62
1/75
160°
1/54
1/56
1/67
180°
1/48
1/50
1/60
360°
1/24
1/25
1/30

In genere le produzioni cinematografiche sono realizzate con un angolo dell’otturatore di 180°. Ultimamente alcune produzioni cinematografiche sono state girate con angoli di 90° (1,96”), ad esempio nelle produzioni di film di guerra, d’azione e horror, al fine di rendere il filmato più intenso e dare allo spettatore una sensazione adrenalinica.
Se si volesse dare un look cinematografico alle riprese effettuate con fotocamere reflex HD dovremo impostare on camera i seguenti parametri:

  • Impostare la fotocamera in modalità manuale prima della registrazione;
  • Selezionare un tempo di posa con la regola dell’angolo di otturazione a 180°: se stiamo girando in PAL a 25fps, si utilizzerà la velocità dell’otturatore di 1/50”;
  • Potrebbe essere necessario regolare manualmente l’impostazione ISO e l’apertura per assicurarsi che l’immagine abbia l’esposizione corretta.
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I tempi di posa sopra mostrati su Nikon D7100, sono regolabili dalla ghiera selettrice posteriore dopo aver scelto, dalla ghiera dei modi superiore a sinistra, la modalità di esposizione manuale “M”.
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1. Tempo di posa 1/50
2. Apertura diaframma in relazione alla profondità di campo ricercata con la focale.
3. Sensibilità ISO in relazione alla luminosità della scena. In caso di eccessiva luce per gli effetti tempo e diaframma ricercati, adottare un filtro ND Variabile sull’obiettivo.

Infine, ecco una tabella riassuntiva in cui vengono indicati per il frame rate 24fps gli effetti delle variazioni dell’angolo dell’otturatore e del tempo di posa.

 

FPS
Angolo otturatore
Velocità otturatore
Effetto
24fps
240°
1/36s
Ogni fotogramma presenta un elevato motion blur con conseguente effetto scia.
24fps
180°
1/48s
Quantità naturale di motion blur. Corretta impostazione per ottenere un look cinematografico durante le riprese video.
24fps
90°
1/96s
Motion blur quasi inesistente, con conseguente presenza di “scatti” nella visione di scene in rapido movimento. Tempo di posa spesso utilizzato nei film di guerra o d’azione per enfatizzare i movimenti e il dettaglio.

Conclusioni

Abbiamo esplorato l’importanza e gli effetti dell’uso del tempo di posa di 1/50” a 25fps, nello standard PAL, che è un valore di riferimento necessario per ottenere un dosato motion blur. Quindi la giusta e naturale percezione del movimento e della direzione di spostamento, assicurando un look molto simile alle produzioni cinematografiche che utilizzano un tempo di posa in linea con la regola dell’otturatore a 180°. Sarà sempre possibile modificare a proprio piacimento la velocità dell'otturatore, al fine di dare un tocco di creatività alle riprese video, ricordandosi sempre che tempi lenti e rapidi di otturazione varieranno la percezione di movimento, rendendo le scene più o meno fluide. Da non dimenticare l’impatto che ha il frame rate sul tempo d’otturazione, sempre per la regola dei 180°, che prevede tempi coerenti al frame rate utilizzato. Talvolta si potranno percepire “scattosità” di visualizzazione a causa del player software usato o nella visione di anteprima non renderizzata del software di montaggio o, ancora, a causa delle prestazioni hardware e software del computer in uso. Per accertare la corretta “fluidità” di un girato qualora in dubbio, suggeriamo la controprova, collegando la Nikon ad un TV HDMI Full HD per valutare il girato in play dalla fotocamera in modo da escludere eventuali responsabilità del sistema di visione in uso.
Per approfondire i temi di Motion Blur usati a livello cinematografico o nel diverso linguaggio televisivo, suggeriamo di analizzare singoli frame in fermo immagine di pausa da Blu-ray originali sempre visionati su TV Full HD per escludere anche gli argomenti di interlacciatura televisiva.
Ricordiamo inoltre di prevenire direttamente in ripresa gli effetti di “sfarfallio” flickering di illuminazione operando con sorgenti luce artificiale: adottare nei girati in Italia frame rate divisibili con la frequenza di rete 50Hz, quindi 25fps PAL assieme a tempi di posa divisibili pari quindi a 1/25”, 1/50” oppure 1/100”. Operando in paesi con frequenza di rete a 60Hz come ad esempio negli Stati Uniti d’America, adottate frame rate 30fps NTSC e tempi di posa divisibili quindi 1/30”, 1/60”, 1/120”.

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