一文带你理解电子快门与机械快门拍摄的区别
又见浮云朵朵
编辑于 2023年07月12日 02:29
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首先对两种快门形式做个简易解释:

电子快门:

       通常说的电子快门是指电子卷帘快门,其工作过程简单理解为:通过逐行控制传感器像素单元行的开启进行感光,然后以最小的单个像素单元为单位逐行顺序读出,此时已读出的数据将暂存于相机缓冲器中。读出完毕后关闭该像素行(从开启第一行到关闭最后一行的间隔时间就是快门时间)。之后对传感器接收到的逐行光线数据进行拼合等一系列处理转换成图像,并储存到存储介质中。补充:随着技术的发展,为提高传感器的读出速度,目前是可以进行多行并行读出的,这样做可以提高整体读出速度。

       而目前存在另一种电子快门,名叫:全域快门/电子全局快门,和电子卷帘快门最大的区别是全域快门是对传感器所有的感光单元同步进行感光控制,然后将每个像素单元接收到的感光数据缓存到像素自身的缓存单元中,再将所有单像素缓存数据同步读出到相机缓存器中,此刻再将所有的光线数据进行处理转换成图像,并储存到存储介质中。而为什么全域快门应用很少,其中最大的原因就是因为:贵!

所以全域快门一般应用于高速摄影机及大多数电影机上。

(下图为使用全域快门的极致向代表机型之一Phantom T4040,最大444,440 帧/秒,价格嘛,参考影视飓风之前买到的那台T1340已超百万软妹币。。。)

Phantom T4040超高速摄影机,图片来源:Phantom官网

(下图为传感器为1英寸CMOS平民向全域快门机型代表,Z CAM E2G,目前官网标价19500软妹币)

Z CAM E2G 4K摄影机,图片来源:雷特世创官网

机械快门:

       通常说的机械快门是指电子控制纵走式焦平面机械快门,又名机械卷帘快门。这种快门分为前、后两个遮光帘。其工作时运动速度恒定(通常为恒定4ms)。前帘与后帘分别布置在传感器的上横边与下横边。因此机械快门工作过程简单理解为:前帘完全升起后,传感器清空数据完成。前帘开始降下时,开启整块传感器进行感光,经过一定的时间间隔后,后帘开始升起(此时的间隔就是快门时间)。直至后帘完全升起后开始逐行顺序读出数据,读出完毕后关闭传感器并使后帘降下完成一个完整的拍摄过程。所以机械快门与电子卷帘最大区别就是:机械快门是由机械遮光帘来控制曝光过程。

电子前帘快门(电子机械混合快门):

相对机械快门,最大的区别就是机械前帘过程被电子前帘代替,后帘部分与机械快门一致。

综上,实际拍摄时可以直接感知到的区别如下:

       因电子快门曝光过程直接受到传感器读出速度限制,而机械快门曝光速度主要受快门运动速度限制。

  •  那么,我们来举一个例子来说明使用电子卷帘快门与机械快门拍摄时产生果冻效应的区别。

已知机械快门恒定运动速度为4ms,假设:

1、被摄物体相对运动速度恒定;

2、电子卷帘快门与机械快门使用一样的快门速度;

3、传感器整体控制曝光并读出数据的时长为50ms。

可知:

1.电子快门因逐行曝光并读出则会记录下相对运动的被摄物最上部到最下部50ms产生的位移;

2.机械快门则会记录下相对运动的被摄物最上部到最下部4ms产生的位移(电子前帘快门与机械快门曝光控制类似,不再累述)。

以上两点可得:50ms发生的位移一定比4ms发生的位移大,也就是说电子卷帘快门会比机械快门在拍摄运动物体时更容易产生果冻效应,从而使得画面变得扭曲的程度更加明显。

  • 接下来,再举个例子说明机械快门相比电子卷帘快门是如何抑制光斑的产生的。

已知交流电频率为50Hz(一个周期20ms),机械快门恒定运动速度为4ms,快门速度均为1/500秒(2ms)。假设:

1、被摄物体静止,但照射被摄物的光源闪烁频率与交流电频率相同为50Hz,光源每周期熄灭10ms且之后立即达到正常亮度;

2、传感器整体控制曝光并读出数据的时长为50ms。

可知:

1、使用机械快门时完成一张照片曝光共需要10ms(前帘运动4ms+快门速度2ms+后帘运动4ms),此时光源未完成一次闪烁(整个曝光过程10ms<闪烁周期20ms),故画面整体曝光大概率正常;

2、使用电子卷帘快门时完成一张照片拍摄共需52ms(传感器读出50ms+快门速度2ms),此时光源完成2.6次闪烁(52/20=2.6),所以可能出现2~3个光斑条纹;

3、使用电子前帘快门时完成一张照片拍摄共需6ms(后帘运动4ms+快门速度2ms),此时光源未完成一次闪烁(整个曝光过程6ms<闪烁周期20ms),故画面整体曝光也会大概率正常。

因此使用电子快门、电子前帘快门和机械快门最大的区别就是:使用机械快门相比电子快门能更好的抑制果冻效应及条纹光斑的产生。但机械快门是存在机械结构运动的,因此在一些相对极端的情况下,比如使用超长焦无光学防抖的镜头且光线不充足的情况下可能会因快门前后帘运动造成抖动从而使成像模糊。

感谢各位的阅读,祝拍摄顺利!

尾注:

1、上文关于电子快门部分的解释,是我个人对电子快门理解,可能与现实情况存在偏差,请及时提出讨论,我将虚心学习并修正;

2、上文后半部分举的两个例子条件过于理想化,实际情况会更加复杂。所以需要积极调整参数去提高拍摄成功率。

3、上文中出现的产品图片均来自各自官网,侵删。