从屏幕上看到的车轮为何像倒转？

在电影和电视中观看车轮旋转时，你不能连续看到辐条，而只能以固定的间隔看到。因为电影和电视的图像是不连续的。从生理学上讲，只要我们看到的图片的帧速率高于每秒10-12帧，我们的眼睛就无法区分静止图片和动态图片，并且会认为这是一个连贯的动作。电影是每秒24帧，也就是说，每秒24个画面闪过，而电视是每秒25帧，换句话说，由于画面切换，你的视线每隔0.02秒就会被切断。

这种幻觉存在于分离时期。有三种可能的情况，让我们逐一研究它们:

第一种可能性是，在视线受阻的时候，车轮刚好有时间转一整圈。此时，车轮辐条在屏幕上的位置与前一屏幕上的位置完全相同。假设汽车的速度不变，车轮将在下一个相同的时间间隔内再次转动整数圈，因此辐条的位置将保持不变。我们看到的辐条总是在同一个位置，因此产生了*不会转动的错觉。

第二种可能性是，车轮不仅有时间在每个时间间隔内完成整数圈，还能在此基础上再转半圈。当我们看到这个变化的画面时，我们的眼睛不会认为还有整数个转弯，而只会看到车轮的这个小部分转动得更多，所以在我们看来，车轮似乎转动得很慢，一次只转动一个转弯的一小部分，这看起来非常慢。

第三种可能性是，在两次击球之间的时间间隔内，方向盘没有时间转一个完整的圈，只差一点点。或者如果你转得太快，你可以在完成整圈后再转半圈。此时，在我们看来，任何一个发言人都在转向相反的方向。这种错觉会一直持续到车轮改变转速。

在信息论中，这种现象实际上是“混叠”的一种表现。当我们以相等的间隔对连续信号进行采样时，如果采样定理不能满足，采样信号的频率将重叠，即高于采样频率一半的频率分量将被重构为低于采样频率一半的信号。这种频谱重叠导致的失真称为混叠，而重构信号称为原始信号的混叠体，因为两个信号具有相同的采样值。我们看到的奇妙现象是*不旋转，甚至不向后旋转，这是*和相机采样的两个信号的叠加。

为了避免这种混叠现象，美国电信工程师奈奎斯特在1928年提出了一个采样定理，也称为奈奎斯特定理。奈奎斯特定理揭示了采样频率和信号频谱之间的关系，这是连续信号离散化的基础。指出在模拟/数字信号转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时，被采样的数字信号将完全保留原始信号中的信息，一般实际应用中采样频率保证在信号最高频率的2.56-4倍之间。

换句话说，如果我们使用高频率的高速摄像机以同样高的帧速率进行采样和播放，车轮反转现象将被消除。当然，由于经济原因，我们很少使用这种*设备来拍摄或播放一部普通的电影，但是从奈奎斯特定理推导出来的理论已经被应用到我们生活的其他方面，例如音乐信号的降噪、视频信号的抗混叠等。这仍然让我们的生活变得更好。