全局快門(mén)與卷簾快門(mén)的工作原理

1.全局快門(mén)的原理可以用圖2來(lái)表示。全局快門(mén)的工作方式是所有的傳感器像素同時(shí)開(kāi)始并結(jié)束曝光。這意味著傳感器的每個(gè)像素點(diǎn)都在同一時(shí)間感受到光線，并且曝光時(shí)間完全一致。當(dāng)曝光時(shí)間結(jié)束后，傳感器會(huì)將每個(gè)像素點(diǎn)收集到的電子信號(hào)轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)區(qū)域，然后依次讀取每行的數(shù)據(jù)，直到整個(gè)圖像完成。這種方式確保了圖像中所有部分的曝光時(shí)間一致，不會(huì)因物體快速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生圖像偏斜或變形。這種同步曝光的好處在于，拍攝快速移動(dòng)的物體時(shí)，如飛機(jī)螺旋槳、高速賽車等，畫(huà)面不會(huì)出現(xiàn)視覺(jué)上的“拖影”或“傾斜”現(xiàn)象。例如，當(dāng)拍攝一輛高速行駛的車時(shí)，車的形狀保持一致，車輪也不會(huì)出現(xiàn)拉伸或變形。

全局快門(mén)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：所有像素點(diǎn)同時(shí)曝光，能夠捕捉到高速移動(dòng)的物體而不發(fā)生畫(huà)面畸變或拖影，非常適合拍攝運(yùn)動(dòng)物體。

缺點(diǎn)：全局快門(mén)的曝光時(shí)間受限于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的極限，存在最小曝光時(shí)間的限制，也因此難以進(jìn)一步縮短曝光時(shí)間。

卷簾快門(mén)

2.卷簾快門(mén)的工作方式可以用圖1來(lái)解釋。卷簾快門(mén)的曝光并非一次性完成，而是通過(guò)逐行掃描的方式進(jìn)行曝光。這意味著，當(dāng)圖像的第一行開(kāi)始曝光時(shí)，其他行仍未曝光。傳感器從上到下逐行曝光，直到所有行都完成曝光。由于卷簾快門(mén)是逐行掃描，隨著圖像的每一行逐步曝光，不同的像素點(diǎn)記錄到的光線時(shí)間不同，這就會(huì)導(dǎo)致畫(huà)面中運(yùn)動(dòng)物體的某些部分出現(xiàn)形變或拖影。卷簾快門(mén)的逐行曝光方式在拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)容易產(chǎn)生視覺(jué)上的畸變。例如，當(dāng)拍攝一架正在飛行的飛機(jī)螺旋槳時(shí)，快速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳由于每行像素的曝光時(shí)間不同，畫(huà)面上會(huì)出現(xiàn)螺旋槳彎曲或拉伸的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象被稱為“卷簾效應(yīng)”，也常見(jiàn)于高速運(yùn)動(dòng)下的其他拍攝場(chǎng)景。
卷簾快門(mén)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)更短的曝光時(shí)間，適合靜態(tài)拍攝，并且可以實(shí)現(xiàn)更高的幀速率和更低的制造成本。由于不需要同步曝光控制，設(shè)計(jì)上較為簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：由于逐行曝光，當(dāng)拍攝快速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，容易出現(xiàn)拖影或圖像扭曲，不適合高速場(chǎng)景拍攝。

卷簾效應(yīng)與拖影現(xiàn)象

3.拖影現(xiàn)象可以通過(guò)逐行曝光的原理來(lái)理解。當(dāng)拍攝目標(biāo)與攝像系統(tǒng)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨著傳感器逐行曝光，不同位置的像素點(diǎn)在曝光時(shí)捕捉到的物體位置會(huì)有所不同。圖像的某個(gè)部分在曝光時(shí)，物體已經(jīng)發(fā)生了位移，導(dǎo)致不同像素點(diǎn)記錄的圖像并不一致。最終生成的圖像實(shí)際上是物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同位置的疊加，形成了“拖影”。

例如，坐在一輛高速行駛的火車上，用卷簾快門(mén)拍攝窗外的樹(shù)木，結(jié)果樹(shù)木在照片中可能會(huì)出現(xiàn)傾斜。這是因?yàn)闃?shù)木的影像在傳感器上逐行記錄時(shí)，每一行樹(shù)木的位置稍有變化，形成了這種視覺(jué)上的傾斜或偏移。圖1的逐行曝光模式清楚展示了這種曝光延遲是如何影響成像的。

應(yīng)用場(chǎng)景分析

4.全局快門(mén)由于能夠同時(shí)曝光整個(gè)場(chǎng)景，適合拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體。它的典型應(yīng)用包括體育賽事、交通監(jiān)控以及需要精確捕捉高速動(dòng)作的科學(xué)研究等場(chǎng)景。在這些場(chǎng)合下，畫(huà)面需要保持高度一致性，不能出現(xiàn)拖影或畸變，全局快門(mén)能夠提供更穩(wěn)定的畫(huà)質(zhì)。卷簾快門(mén)則廣泛應(yīng)用于CMOS傳感器中，因?yàn)樗闹鹦袙呙璺绞娇梢詫?shí)現(xiàn)更高的幀速率和更低的功耗，適合日常拍攝和靜態(tài)場(chǎng)景，如風(fēng)景照、靜物照等。在這些應(yīng)用中，物體的運(yùn)動(dòng)相對(duì)較慢，卷簾效應(yīng)不會(huì)顯著影響圖像質(zhì)量。    

如何應(yīng)對(duì)拖影與卷簾效應(yīng)

5.理解卷簾快門(mén)與全局快門(mén)的差異非常重要，尤其是在拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體時(shí)。如果使用的是卷簾快門(mén)相機(jī)，可以通過(guò)以下方式減少拖影和卷簾效應(yīng)的影響：

縮短曝光時(shí)間：通過(guò)調(diào)整相機(jī)的快門(mén)速度，減少曝光時(shí)間可以減輕運(yùn)動(dòng)物體的形變和拖影。

增加光源：在光線不足的環(huán)境中，增大光圈或使用輔助光源，保證較短曝光時(shí)間下圖像依然明亮。

選擇合適的場(chǎng)景：在無(wú)法避免卷簾效應(yīng)的情況下，攝影師可以通過(guò)構(gòu)圖避免捕捉高速運(yùn)動(dòng)的物體，或利用卷簾效應(yīng)創(chuàng)作出獨(dú)特的視覺(jué)效果。