現在的相機都是采用逐行掃描的方式來拍攝的麼?

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非逐行的是不是難度很高?


已邀請:

馨香泯玉

贊同來自:

艾小倫


主流數字成像傳感器的曝光方式有滾動快門(rolling shutter,又稱卷簾快門)和全局快門(global shutter)兩種

因為其成本和工藝的限制,材料簡單工藝成熟的CMOS大部分是滾動快門。CMOS的感光單元捕獲光子轉換成電子並存儲在電荷存儲器裡,在曝光前把電荷存儲器的數據清零,然後經過一定的曝光時間之後讀取信號值。但是CMOS的數據是串行傳輸,也就意味著整個清零-感光-讀取的程序是一行行排好隊按順序進行的,這樣一來就導致瞭每行感光時間有先後,物體運動速度快的話就會出現圖片上的現象,業內俗稱果凍效應。

但是另外一種可以完全消除果凍效益的叫做CCD的感光元件,每個感光單元都有一個小內存,可以存儲電信號數值,這樣就可以同時感光然後慢慢傳回處理器瞭。

後來CMOS學乖瞭也在感光單元上加瞭小內存,又改進瞭傳輸工藝,就做到瞭電子全局快門。但是註意,感光單元可不管你的曝光時間,隻要捕捉到光子,他們就會產生電荷,在電荷存儲器清零和傳輸數據的時間裡,感光單元仍然在源源不斷地產生電荷,這些電荷對隔壁的存儲器會產生大量幹擾,表現在畫面上就是大量的噪訊。

所以和CCD一樣,這麼幹

1降低瞭感光元件密度,降低瞭像素密度,大幅降低瞭動態范圍和靈敏度

2增加元件數量,增加瞭噪訊

3不可避免地貴瞭

補充,

全局快門隻是消除瞭果凍效應,但是在動態范圍和靈敏度方面卻遠不及滾動快門,如果隻是為瞭減弱變型而犧牲動態范圍和靈敏度是大大的得不償失的。因為滾動快門的變型可以通過減少讀取延遲(Alexa可以做到6毫秒),機械快門和電子快門結合(Alexa和F55應用),等等技術手段來減弱到幾乎沒有影響。但是全局快門因為電荷存儲器占用瞭面積導致的感光單元實際感光面積減小和密度降低這些硬傷,最終導致的動態范圍和靈敏度大幅下降卻是要花很大力氣來解決的。所以到現在為止,我不瞭解民用市場,但是電影攝影機裡面幾乎沒有全局快門的。最高端的Alexa和F55都是滾動快門,隻是變型很不明顯而已。

補充,

因為降低瞭元件密度,導致單位面積內實際感光面積減小,導致動態范圍和靈敏度降低。The American Society of Cinematographers(ASC)有一本Manual,有一篇文章就提到瞭這個密度的問題,引用如下:
“填充率
的確有一項參數是數字攝影機所獨有的,攝影機的感光特性和動態范圍都極大地取決於這項參數。這一參數用以表達感光元件上實際參與感光的面積以及光線捕捉量和傳感器冗餘部分信號對圖像信息傳遞的影響。稱之為“填充率”(Fill Factor)。同時這也是一項各個廠商都不準備公佈的數據。

數字攝影機並非生來平等。感光元件上有效感光區域的面積(即填充率)對圖像分辨率和寬容度有著直接影響。就現有的專業數字電影攝影機,感光元件上真正用於感光的有效面積分佈從35%到85%不等。

作為電影攝影師,我們曾經和膠片打交道,這種媒介的整個35mm片門區域都用來參與感光;若在數字領域,這可以達到100%的光填充率。若一臺數字攝影機的光填充率在40%,則意味著他拋棄瞭60%聚焦在感光元件上的信息。沒錯,拋掉60%的圖像信息的確是非常糟糕的。在這個數據的指導下,我們可以很快地得知攝影機的性能高下,至少得以據此瞭解他們的潛力。

填充率越高(越接近100%),噪訊(數字領域也叫增益)就越低,動態范圍也越出色。”
作者:Rob Hummel, ASC 引自ASC Manual 8th Edition
翻譯:本人



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