Effet stroboscopique
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L'effet stroboscopique est un effet visuel de repliement de spectre qui apparaît lorsqu'un mouvement continu est représenté par de courts échantillons. Le stroboscope est le moyen classique de reproduire cet effet mais une caméra, ou un appareil photo réglé pour exposer plusieurs fois la même pellicule ou combiner deux images permettent également de l'observer.
Présentation
La nuit, sous les lampadaires, les roues d'une voiture peuvent donner l'impression de tourner à l'envers ; il s'agit là d'un phénomène de repliement de spectre dû à l'imbrication l'une dans l'autre de deux fréquences stables dont la plus élevée demeure inférieure au double de la plus basse. En effet, l'éclairage produit par les ampoules à vapeur de sodium des lampadaires est intermittent, de sorte que l'œil ne capte en réalité que des images successives des roues de la voiture, ce qui constitue un échantillonnage de la scène visible. Les roues ont elles aussi une fréquence particulière (proportionnelle à leur vitesse angulaire) et répètent donc un même motif visuel à chaque tour ou quart de tour, selon la symétrie de la jante. Selon le théorème de Nyquist, on percevra le mouvement correctement si l'échantillonnage est au moins deux fois plus rapide que tout phénomène périodique capturable. Par contre, si la répétition du motif visuel des roues dépasse la moitié de la vitesse de clignotement des lampadaires, le repliement du spectre va perturber notre perception du mouvement des roues.
Dans nombre de vieux films (Westerns ou films de cape et d'épée) le spectateur voit tourner à l'envers les roues à rayons de bois des diligences et des carrosses : Cet effet stroboscopique est inhérent au processus même d'acquisition des images (film argentique défilant à 24 vues/ seconde dans la caméra de prises de vues)[1]. Une roue ayant 24 rayons et tournant exactement à 1 tour /seconde semblerait immobile.
Contrairement à d'autres illusions d'optique, l'effet stroboscopique ne dépend pas de la nature de l'œil humain. Il peut servir pour la mesure.
Illustrations
- Illustration de l'effet stroboscopique sur le cas particulier d'un disque en rotation à vitesse uniforme donnée
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Stroboscopie photographique d'un mouvement circulaire à 0,05s -
Stroboscopie photographique d'un mouvement circulaire à 0,033s -
Stroboscopie photographique d'un mouvement circulaire à 0,016s -
Stroboscopie photographique d'un mouvement circulaire à 0,00625 On remarque que l'image est plus nette au centre que sur les bords. -
Stroboscopie photographique d'un mouvement circulaire à 0,0025s la netteté sur les bords est presque entièrement figée
L'éclairage stroboscopique procède par éclairs, séparés par de l'obscurité. Pendant la durée de l'éclair, l'objet se déplace, créant un flou de mouvement. Quand l'éclair est très bref, l'objet, même assez rapide, n'a pas le temps de se déplacer beaucoup, et il apparaît net. Quand le stroboscope éclaire un disque, il assure la netteté de l'ensemble de l'image alors que les points du disque n'ont pas tous la même vitesse : plus le point de l'image en rotation est éloigné du centre, plus sa vitesse est grande. Lorsque la durée des éclairs de la photographie stroboscopique est réglée de manière cohérente à la vitesse la plus élevée du disque, celui-ci devient clair et net sur son ensemble.
- Illustration sur un mouvement rectiligne
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Stroboscopie photographique d'un mouvement rectiligne photographique à 0,005s
L'effet stroboscopique permet de capter une image fixe des ondulations régulières du filet d'eau.
Notes et références
- Chava Tarin, « Why Stagecoach wheels in movies turn backwards » (consulté le )
