La même chose se produit avec vos propres yeux, bien que votre cerveau essaie de le cacher pour le cacher. Le problème fondamental a à voir avec la façon dont l'image est créée en premier lieu.
La vue est l'interprétation de la lumière visible réfléchie (généralement; nous pouvons ignorer la lueur active pour l'instant) des objets. Pour voir quelque chose, il doit être éclairé et refléter cette lumière différemment de son environnement. La lumière est formée de minuscules particules sans masse appelées photons - les porteurs de la charge électromagnétique. Lorsqu'un photon pénètre dans la rétine de votre œil (ou le film dans un appareil photo ou la puce dans un appareil photo numérique), il dépose une partie de son énergie dans une sorte de matériau photosensible, provoquant un changement qui peut être mesuré et interprété . En mesurant la réponse du matériau photosensible en de nombreux points individuels, le cerveau (ou la puce) reconstruit une image de votre environnement.
Le photon a trois propriétés importantes - l'énergie, la position et la direction. Avec un peu de géométrie et de correction optique, la vue exploite la direction du photon et l'endroit où il interagit avec la surface photosensible pour savoir d'où vient le photon - à peu près, quel point 3D correspond à un point 2D donné sur le image. L'énergie détermine la couleur d'un photon particulier. L'idée est que la lumière provenant de l'objet que vous voyez est à peu près parallèle, ce qui rend la projection 3D-> 2D triviale. Vous obtenez un flou statique sur une photo lorsque la correction optique est insuffisante pour compenser la diffusion des photons dans l'air - plus la distance à un objet est grande, plus les photons réfléchis sont en moyenne dispersés et vous avez besoin de plus de correction pour les apporter retour à être parallèle.
Mais les images ne sont généralement pas en noir et blanc pur. Il y a deux autres choses qui importent aux humains - la couleur et l'intensité. La couleur correspond à l'énergie des photons, tandis que l'intensité correspond à la quantité de photons. Et c'est là que les choses deviennent intéressantes - pour obtenir une image utile, vous devez absorber d'énormes quantités de photons individuels - un seul photon ne vous dit pas grand-chose. Donc, ce qui se passe réellement, c'est que vous prenez (à peu près) une moyenne de photons qui ont atteint votre capteur sur une période de temps donnée - cela vous donne la luminosité relative des choses dans l'image, ainsi qu'une bonne idée de la couleur des objets.
Les yeux humains ajoutent quelques complications supplémentaires, alors suivons plutôt un appareil photo argentique à l'ancienne. Le film est fait d'un matériau qui change de façon permanente lorsqu'il est exposé à la lumière (pensez à ce qui arrive à un papier laissé au soleil pendant quelques mois - mais beaucoup plus rapidement). Par souci de simplicité, supposons que le matériau d'origine est parfaitement noir, tandis que le matériau modifié est parfaitement blanc. Chaque photon individuel fait changer une seule molécule, mais nos yeux ne peuvent pas voir les couleurs des molécules individuelles - ils font la moyenne des informations d'une certaine zone. Donc, plus il y a de photons dans une certaine zone du film, plus il apparaîtra, correspondant à une lumière plus brillante provenant de cette direction particulière dans l'espace (et donc, le volume d'espace donné, correspondant, disons, à votre T rouge vif chemise). Cependant, à un moment donné,toutes les molécules dans une zone donnée du film sont modifiées - l'éclairer davantage ne peut plus le rendre plus lumineux. Les détails sont perdus, car à mesure que les zones environnantes s'éclaircissent, les zones saturées ne le peuvent pas. De l'autre côté de l'échelle, s'il y a trop peu de lumière, il y aura trop peu de photons pour former une image décente - tout sera beaucoup trop sombre, avec des points lumineux aléatoires.
Donc, pour obtenir une bonne image, vous devez équilibrer le temps d'exposition du film à la lumière. Trop long et votre image est trop lumineuse et perd du contraste. Trop court, et il n'y a pas assez de données pour obtenir une bonne image. En remarque, c'est la raison physique (par opposition à biologique) pour laquelle la vision nocturne est mono-chromatique - s'il y a trop peu de photons qui entrent, leur distribution de couleur se traduit par un bruit de couleur (d'aspect aléatoire) qui le rend plus difficile à voir. L'utilisation de l'intensité uniquement sans tenir compte de la couleur donne une image plus claire et plus lumineuse.
Imaginons donc que vous exposiez un peu de film à une scène 3D pendant une seconde. Les parties les plus lumineuses de la scène entraîneront plus de lumière interagissant avec les zones correspondantes de l'image 2D. Mais imaginez maintenant qu'au point 0,5s, le gars dans la scène bouge son bras. La première moitié de l'exposition a son bras dans la position d'origine, tandis que la seconde moitié ne reçoit plus les photons de la position d'origine et les reçoit plutôt de la nouvelle position. La quantité totale de photons réfléchis par la main est la même, mais ils sont maintenant répartis sur deux endroits distincts de l'image 2D; et en moyenne avec les photons qui venaient de l'arrière-plan lorsque la main n'était pas là. Si votre main bouge à une vitesse constante, les photons correspondants seront répartis uniformément sur le chemin emprunté par la main entre le début de l'exposition et la fin. Vous obtenez la moyenne de toutes les "images" individuelles, tout comme si vous aviez pris une centaine de photos de personnes avec des postures légèrement différentes et les avez moyennées ensemble.
Comment pouvez-vous lutter contre cela? S'il y a suffisamment de lumière, vous pouvez garder l'exposition courte - cela signifie que pour obtenir un flou visible, l'objet doit se déplacer plus rapidement par rapport à une exposition plus longue. S'il n'y a pas assez de lumière, cela entraînera du bruit (les photons individuels que vous mesurez sont plutôt aléatoires - ils ont juste une distribution prévisible dans le temps; il y a beaucoup plus de photons rouges réfléchissant d'une chemise rouge que de photons verts, par exemple). Si vous souhaitez photographier un seul objet en mouvement, vous pouvez essayer d'éliminer tout mouvement relatif entre l'appareil photo et l'objet - suivre l'objet. Les humains le font automatiquement - vous déplacez vos yeux et votre tête pour suivre un objet en mouvement que vous souhaitez examiner, ce qui vous donne une image claire de l'objet en mouvement, tandis que tout le reste est un flou (que le cerveau compense généralement de manière pratique, mais pas la caméra).
