为什么使用机械快门时没有滚动快门?


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因此,我知道这可能不是问这个问题的最佳地点,但是也许你们中的一些人熟悉数字无反光镜相机的原理和CMOS传感器的技术。

我不太了解为什么与机械快门组合使用时会产生滚动快门伪影的电子图像传感器无法产生此问题的图像。我没有得到的是以下内容:

由于传感器从一侧到另一侧(通常是从上到下)的读数而发生卷帘快门,因此实际图像是从连续的不同时刻的扫描线上缝在一起的。以我的理解,扫描线读数模拟了机械快门窗口在传感器(?)上方移动。现在,当在传感器前面使用机械快门时,快门将接管此任务,而传感器一次会全局读取一次(?)。因此,滚动快门伪影不会出现在最终图像中。但是,如果一次可以全局读取传感器,为什么在使用电子快门时不仅仅发生这种情况?为什么不能仅在1/2000秒内完全打开和关闭传感器,避免卷帘快门?为什么需要“扫描线法”来拍摄图像,

当我有相机时,可以使用机械快门以10fps拍摄静止图像,这为什么不代表传感器可以电子方式以10fps拍摄图像而又不会产生滚动快门?

我发现这篇文章解释了卷帘的一般原因,但没有具体问题。

我什至不知道我的假设是否正确,但是如果有人可以对此有所了解,我会感到很高兴。

Answers:


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当我有相机时,可以使用机械快门以10fps拍摄静止图像,这为什么不代表传感器可以电子方式以10fps拍摄图像而又不会产生滚动快门?

为了理解原因,我们必须看一下典型的3T(ransistor)像素:

3T像素

此3T像素可用于卷帘百叶窗,但不能用于(电子)全局百叶窗。RST信号会将光电二极管两端的电压重置为正电压。当检测到光时,该电压将与检测到的光生电荷成比例地降低。全局快门的烦人之处在于我们无法关闭光电二极管。由于实际原因(太多导线,读出电路,电源等),我们无法同时读出所有像素,因此在读出期间,光会不断聚集在其他像素中,从而导致它们的输出发生变化。添加机械快门可以避免光线直达光电二极管。

为了在CMOS中实现全局快门,您至少需要一个4T像素:

4T像素

中号sF

全局快门优于滚动快门的主要缺点是捕获的时间窗口变短。您提到的帖子对此进行了解释。下图也演示了这一点(我很快画出了油漆)。

全局vs卷帘

<1个Ë-


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该死的,这是我想知道的一个相当准确的答案!非常感谢!
Thomas D.

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这个答案读起来有点令人困惑,因为它使用“滚动快门”来表示问题称为“机械快门”。在问题中,“卷帘快门”是由物体(或场景)在传感器一侧的图像曝光/捕获与另一侧的图像曝光/捕获之间变化引起的视觉伪影,当使用电子快门 但是答案似乎是暴露传感器的方法
彼得·泰勒

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当我使用“卷帘快门”时,是指积分光的时间窗口在每个像素上的时间偏移。全局快门是该时间窗口针对所有像素同步的位置。我的意思是机械快门是机械地而不是电子地阻挡光线,并以此方式控制时间窗口。
Sven B

1
很好地完成油漆!
管道

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这有两个部分:首先,滚动百叶窗仍然可以使用(有些,请参见注释)机械百叶窗发生。但是,这仅是在短曝光时间内。百叶窗由两个窗帘组成。曝光之前,窗帘1位于传感器的前面。当曝光开始时,窗帘1向下(或向上或其他方向)移动并开始对传感器进行曝光。曝光结束时,窗帘2进入并覆盖传感器。

假设窗帘需要2毫秒来完成整个动作。如果您的曝光时间为100毫秒,则意味着在98毫秒内,整个传感器同时曝光。结果,没有卷帘门。

但是,在某些时候,快门无法足够快地移动,并且在任何时候都不会暴露出整个传感器(这是相机无法使用简单的闪光灯同步的点)。例如,假设我们的曝光时间为1/1000。这意味着我们的传感器只能暴露1毫秒。但是,如果第二个帘幕等待第一个帘幕完全暴露传感器,则传感器的某些部分将已经暴露2毫秒!取而代之的是,第二个帘幕在第一个帘幕完成之前开始移动,并且曝光以曝光传感器的“线”形式发生。从youtube上的Slow Mo Guys观看此视频,您可以清楚地看到这种情况:

https://www.youtube.com/watch?v=CmjeCchGRQo

那么,为什么我们看不到这些相机具有相同的滚动快门效果?我们的确是!我们只是没有注意到。这就是DSLR上的快门移动得如此之快,以至于即使在5毫秒的曝光时间内,它们也经常会在整个点上曝光整个传感器(如果移动速度很高,只会导致图像模糊,并且会隐藏任何“滚动快门”效果。在较高的快门速度下,为您提供滚动快门效果所需的运动量(例如1/1000秒的曝光)非常高,远远高于您在视频中的典型曝光。但是如果我们达到了速度,卷帘百叶窗是机械百叶窗的东西,只要看一下维基百科上的这张图片:

在此处输入图片说明

我不确定现代DSLR传感器的传感器读数是如何发生的,但我认为它们仍会执行某种形式的扫描线。这只是与传感器的照明不相关,后者是由机械快门完成的。

注意:也许可以说,(非常)昂贵的相机中使用的叶片式快门没有滚动快门。


非常感谢您的回答!我想知道滚动百叶窗是否与机械百叶窗有关。我发现通过堆叠多个CMOS传感器,相机似乎具有“无滚动快门”的电子快门。我想这背后的想法是抵消两个传感器的扫描线,然后将数据stich在一起。
Thomas D.

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还有一些避免使用电子卷帘的卷帘的方法。想象每个像素旁边只有很少的内存(尽管是模拟内存),它可以在命令中转储其值。现在所有像素都可以同时执行此操作,然后可以缓慢读取内存,但是由于它们不会随着曝光而变化,因此不会引入滚动快门。(据我所知,这仅是在最高端的电影摄影机上完成的,但这不是我的工作领域,因此需要引用)
Joren Vaes

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@JorenVaes有很多方法可以避免在没有全局快门的情况下滚动快门。最好的IMO是经过深思熟虑的数字后处理。离散图像的整个概念实际上在概念上并不正确,即使使用全局快门也可能导致伪像。一个好的实现应始终在多个曝光之间进行插值以避免混叠,然后可以简单地沿图像y轴移动系数以避免滚动快门效应。
大约

@leftaroundabout但是在移动扫描线时,您是否会因为所需的偏移而丢失一些信息?
Thomas D.

@ThomasD。无论如何,您都缺少信息。所有视频都是通过将随时间变化的光场的无限维空间切成一定数量的信息而生成的。任何显示视频的方法都会通过某种插值“猜测”信息。卷帘效果确实只是以不适当的方式执行此操作的伪像。
大约
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