Что такое электронный затвор фотоаппарата
БЛОГ ДМИТРИЯ ЕВТИФЕЕВА
Мои эксперименты в области фотосъемки, статьи по фототехнике и оптике
Плюсы и минусы электронного затвора фотокамер
В современных фотокамерах часто имеется два затвора — механический и электронный. Электронный позволяет снимать с очень короткой выдержкой, так что почему бы производителю не оставить только электронный затвор.
Плюсы
1. Бесшумная работа т.к. вся работа идёт по считыванию сигнала, нет физически движущихся частей.
2. Высокая скорость съемки. Зависит только от скорости считывания с матрицы и может в будущем быть сколь угодно большой. Механический затвор ограничен возможностями механики, при высоких скоростях быстрее выходит из строя, потому выдержку короче 1/8000 сек обычно не делают (были раньше опыты с 1/16000 sec и они таких значений отказались)
3. Не создаёт вибраций камеры. Нет движущихся механизмов — не сотрясает камеру. Механический же может создавать микросмазы, там физически ходят две металлические шторки.
Минусы
1. Дело в том, что считывание с матрицы в случае электронного затвора происходит постепенно, по строкам и пока не считается всё изображение — картинка будет передаваться по частям на обработку. Если при этом происходило движение в кадре или двигалась сама камера, то картинка может оказаться искажённой.
2. По той же причине при съемке «с проводкой» изображение может наклоняться. Этот эффект называется «роллинг-шаттер» и хорошо известен тем кто снимает видео. Сейчас начинают внедрять «глобальный электронный затвор» где изображение считывается сразу целиком, тогда эффекта данного нет.
3. Снимок с электронным затвором больше подвержен влиянию мерцания освежения (flicker). Снимок может быть неравномерно освещен.
4. Съемка со вспышкой с меньшей скоростью синхронизации, часто характеризуется неравномерной освещенностью кадра. На некоторых камерах при выборе в меню электронного затвора вспышка автоматически становится неактивной.
5. Электронный затвор может вызывать явление блюминга на ярких источниках света в кадре. Например, Солнце может «растекаться» в стороны.
В чём разница между электронным и механическим затвором
Господа фотолюбители, сегодня я расскажу, в чём разница между электронным и механическим затвором. В системных фотокамерах можно выбирать между использованием электронного и механического затвора, если понимать разницу между ними. Электронный затвор позволяет управлять экспозицией, включая и выключая матрицу фотокамеры при срабатывании. В механическом затворе используются традиционная передняя и задняя шторки, расположенные перед матрицей, которые открываются и закрываются при срабатывании затвора при регулировке экспозиции.
В лучшие времена плёночной фотографии был только один видзатвора, механический затвор. Они были двух видов: центральный затвор — заслонкикоторого при срабатывании открывают отверстие объектива от центра к его краям изакрывают в обратном порядке.
И механический шторный затвор, использующий традиционные переднюю и заднюю шторки, расположенные перед матрицей или фотоплёнкой, которые открываются и закрываются для регулировки экспозиции.
Оба служат одной и той же цели; они закрывают матрицу(фотоплёнку), когда затвор закрыт, и открываясь позволяют свету экспонироватьматрицу (фотоплёнку), когда он открыт. Как и большинство других вещей, затвор фотоаппаратастал цифровым и теперь включает еще две опции для управления экспозицией: затворс электронной передней шторкой и полностью электронный затвор.
Первое, что приходит на ум при взгляде на беззеркальные камеры, — это то, что матрица должна просто включаться и выключаться электронным способом. Зачем же нужен затвор? Некоторые современные цифровые камеры управляют электронным затвором таким образом, что просто просто включают цифровой датчик на определенное количество времени — время выдержки и это и есть глобальный электронный затвор.
Многие другие камеры, такие как зеркалки используют другойметод, называемый скользящим электронным затвором. В рулонном затворе камераактивирует один ряд пикселей за раз по ширине. Если ваша камера имеет функцию Live View, она имеет электронныйзатвор.
Некоторые камеры используют только электронный затвор для просмотра в реальном времени и видео, в то время как другие, такие как Fuji X-T2, могут использовать его для фотосъемки вместе с механическим затвором. Понимая, что некоторые камеры имеют полностью электронные затворы, в то время как другие имеют механические затворы, становится очевидным, что разница между электронным и механическим затвором достаточно велика и у обоих вариантов есть свои плюсы и минусы.
Преимущества электронного затвора
Бесшумная фотосъемка
Его достоинство — бесшумная работа фотокамеры обеспечиваетсяотсутствием движения деталей фотокамеры. Это бывает важно в случаях, когда звукспуска механического затвора может привлечь внимание фотографируемого объекта,например, при съёмке с близкого расстояния дикой природы, спортивных мероприятийили тогда, когда фотографу нужно оставаться незамеченным.
Большая частотакадров
В электронном затворе нет механических деталей, благодарячему можно повысить частоту кадров по сравнению с частотой, получаемой прииспользовании механического затвора. Например, фотокамера Fujifilm XT3 может снимать соскоростью до 11 кадров в секунду с механическим затвором, до 30 кадров всекунду с электронным затвором.
Снижение смазыванияиз-за дрожания камеры
Преимущества механического затвора
Уменьшение эффекта Роллинг шаттер
При съёмке с короткой выдержкой проносящихся мимо объектовили при быстром панорамировании CMOP-матрицаможет создавать искажение строчного затвора. Суть в том, что время, когдаперестали считываться пиксели в начале матрицы, и когда в конце, существенноотличается. Получается, что часть снимка сделана раньше, а часть позже, и любоедвижение в кадре деформируется. Если используется электронный затвор, CMOP-матрицавключена и последовательно сканирует линию за линией, а при съёмке быстродвижущихся объектов искажение отображается на снимке, например, виден следдвижения игрока в гольф, опускающего клюшку.
Если при съёмке с короткой выдержкой используетсямеханический затвор, передняя и задняя шторки затвора располагаются настолькоблизко друг к другу, что в отдельно взятый момент времени экспонируется толькофрагмент (полоса) матрицы. Это помогает уменьшить искажение строчного затвора.
Повышение скорости синхронизации вспышки
Синхронизация вспышки при использовании механическихзатворов часто выполняется быстрее, чем в случае с электронными. Так происходитиз-за особенностей электронного затвора и частоты сканирования матрицы. Вовремя съёмки на улице при ярком освещении и использовании самой высокойскорости синхронизации вспышки лучше всего работать с механическим затвором.
Производители фотокамер обычно хвастаются электроннымизатворами как средство для тихой съемки без звуков, издаваемых механическимзатвором. Хотя иногда может воспроизводиться имитация звука срабатываниямеханического затвора.
Использование Fujifilm X-T1, например, в ряде случаев требует отключения электронногозатвора. Все преимущества бесшумного затвора и безумно короткой выдержки1/32000 перекрываются тем фактом, что нельзя использовать фотовспышку. Даже в спецификацияхтаких камер как Fujifilm Xсерии упоминается, что электронный затвор не подходит для быстро движущихсяобъектов, поэтому он и является в многих случаях спорным вопросом.
Если вы фотограф, работающий в сфере макрофотографии, илифотографируете очень много, вам будут полезны отсутствие вибрации механическогозатвора и почти неограниченный срок службы затвора, но, если вам необходимосделать кадр быстро движущихся объектов или использовать вспышку, лучше всего использоватьмеханический затвор.
Механический затвор
Эта статья – продолжение цикла статей о вопросах, поднятых ранее в статьях ‘Шум затвора‘ и ‘Недостатки современных DSLR камер‘.
В современных цифровых камерах используются фокальные затворы шторно-щелевого типа с вертикальным ходом шторок. Это означает, что такой затвор расположен сразу перед матрицей фотоаппарата, состоит из шторок, которые двигаются вертикально (обычно сверху-вниз и обратно).
Ниже наглядно показано, как происходит спуск затвора:
Видео 1.
Обратите внимание на то, как сильно трясет зеркало после его подъема и возврата, а также на то, как чудовищно содрогаются шторки затвора. На видео видно, что шторки затвора состоят из нескольких частей (так называемые ламели или ‘жалюзи’).
Видео 2.
На этом видео можно заметить щель, которая формируется во время движения шторок затвора.
Видео 3.
Полноформатная камера и кропнутая камера.
Видео 4.
Трясет не только зеркало и жалюзи затвора, но и лепестки диафрагмы.
И немножко рассуждений насчет затвора, на примере камеры Nikon D80.
Выдержка синхронизации этой камеры составляет 1/200 секунды. Это означает, что именно такой промежуток времени нужно шторкам затвора для прохождения расстояния, равного высоте матрицы.
Если нужно проводить съемку на выдержках длиннее или равной выдержке синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:
На таких выдержках легко синхронизировать вспышку и работу затвора. Обычно вспышка срабатывает после первой шторки (как только затвор полностью открывает матрицу), либо перед началом движения второй шторки (перед закрытием затвора). Например, импульс моей вспышки Nikon SB-910 имеет длительность от 1\800 с до 1\40.000 с в зависимости от мощности. Во время срабатывания вспышки матрица камеры полностью открыта и нет никаких проблем с синхронизацией.
Если нужно проводить съемку на выдержках короче выдержки синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:
На таких выдержках синхронизировать работу вспышки с затвором сложно. Если вспышка сработает только в какой-то определенный момент, то на снимке мы получим полосу, которая формируется щелью затвора. Чтобы обойти такое ограничение, применяют вспышки с высокоскоростной синхронизацией, которые “светят” все время движения обеих шторок, для избежания появления полос.
Интересно, но если мы проводим съемку на 1/60 секунды, то на самом деле затвору требуется куда больше времени на свою работу. Так, тратится 1/60 с на спуск первой шторки и ожидание второй, 1/200 с на движение второй шторки и как минимум еще 1/200 с на подъем обеих шторок в изначальное положение (идеальный случай, в реальности времени нужно больше). Итого 1/60 + 1/200 + 1/200 = 2/75 с. Если убрать ограничения на работу зеркала, диафрагмы и процессора камеры, то за одну секунду при идеальных условиях можно будет снять не больше 38 кадров, и это является механическим ограничением серийной съемки.
В то же время, камеры, использующие электронный затвор, которому не нужно тратить время на движения шторок, уже сейчас без проблем позволяет снимать со скоростью 60 кадров в секунду в режиме фото (в качестве примера посмотрите на Nikon 1 J1). Только представьте себе, как полезно было бы для фоторепортеров и фотографов снимающих спорт, фотографировать определенные события с такой огромной скоростью. Для примера, самая быстрая зеркальная камера на 2014 год – Canon 1DX, снимает максимум со скоростью 14 кадров в секунду, что в 4 раза ниже чем 60 к/с у некоторых беззеркальных камер с электронным затвором. Вот только беда, что современные камеры с электронным затвором имеют свои недостатки, например страдают ‘rolling shutter’ и т.д. и пока остается только мечтать про электронный затвор, обладающий положительными качествами механического затвора и огромной скоростью съемки.
Кстати, “реальную” скорость движения шторок затвора легко посчитать. Высота матрица Nikon D80 составляет 15,8 мм, шторка проходит это расстояние за 1/200 секунды, а ее скорость составляет 3,16 м/с или 11,38 км/ч, что совсем немного 🙂
Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.
NT1201: Цифровая фотография
Затвор фотоаппарата — это специальный механизм, который нужен для пропускания света на матрицу фотоаппарата в течение нужного промежутка времени (выдержки).
Конструкции затворов многочисленны и разнообразны. Наиболее распространен шторный затвор, состоящий из двух тканевых или металлических шторок, которые в момент съемки образуют между собой щель разной ширины (в зависимости от величины выдержки), которая “бежит” вдоль кадра, давая нужному количеству света попасть на матрицу.
Работа затвора пленочного фотоаппарата
Работа затвора цифрового фотоаппарата
Выдержка — это время, в течение которого матрица фотоаппарата подвергается воздействию света, проходящего через объектив.
Пример работы затвора фотоаппарата
Выдержка обозначается в секундах, при этом они обозначаются числом с двойным штрихом (») вместо десятичной запятой, символизирующим секунду (2»5, 0»8), либо, гораздо чаще, в долях секунды, причем указывется только знаменатель, а числитель принимается равным 1, то есть выдержка 60 означает время 1/60 секунды. Символ “В” (от английского слова “Bulb”) означает, что матрица фотоаппарата будет открыта для попадания света неограниченое время. Когда фотограф нажимает кнопку спуска, затвор открывается. Когда кнопка нажимается второй раз, затвор закрывается. С помощью этой функции можно получить выдержку в несколько часов, что может пригодиться при фотографировании звездного неба.
Электронный затвор
В первых пленочных фотоаппаратах затвор был механическим устройством. В современных цифровых камерах затвор выполнен в виде электронной схемы, которая управляет процессом считывания информации с матрицы. Для простоты понимания электронный затвор можно представить в виде специальной электронной схемы, которая в течение определенного времени (выдержки) подает напряжение на матрицу, при этом все остальное время матрица обесточена.
Электронным часто называют электронно управляемый механический затвор.
В зависимости от метода считывания информации с матрицы выделяют два вида электронных затворов: кадровый затвор (Global Shutter, глобальный затвор, картинка формируется полностью) и скользящий затвор (Rolling Shutter, технология построчного считывания).
При кадровом затворе цифровое изображение формируется мгновенно, так же как и при фотографировании, т.е. все пиксели матрицы, отведенные для работы, передают информацию одновременно. Время работы сенсора равно выдержке, которая устанавливается в фотоаппарате заранее.
При скользящем затворе цифровое изображение строится не мгновенным считыванием информации с матрицы, а последовательным ее сканированием. Т.е. информация с сенсора передается не вся сразу, а построчно — сверху вниз, при этом затвор как бы скользит по кадру. Опять же, понятие затвора здесь условно и не имеет никакого отношения к механической реализации.
Упрощенно работу электронных затворов можно показать на следующих картинках:
Применение электронного затвора позволяет достичь коротких выдержек без использования дорогостоящих высокоскоростных механических затворов.
Что такое затвор фотоаппарата и для чего он нужен
Одной из важных составных частей любого фотоаппарата является его затвор. Он нужен для регулирования светового потока, однако в отличие от диафрагмы, здесь это происходит за счет выдержки.
В начале зарождения фотографии роль затвора выполняли специальные пластины. На каком-то этапе развития фотографии его роль выполняла крышка объектива. Фотограф сам снимал ее и надевал обратно к концу экспонирования, вымеряя нужные секунды. Сегодня, безусловно, фототехника далеко ушла от подобных способов. Итак, разберем все по порядку, что такое затвор фотоаппарата и для чего он нужен.
Механический затвор фотоаппарата
Механический затвор состоит, как правило, из привода и шторок. Процессор фотоаппарата перед производством спуска передает сигнал на открытие шторок. В этот момент на матрицу или пленку начинает поступать свет. Светочувствительные элементы экспонируют кадр на протяжении заданного фотографом времени. По истечении данного времени процессор завершает экспонирование и передает приводу сигнал на закрытие шторок.
Подобный процесс протекает моментально в зависимости от выдержки, которая в большинстве случаев равна сотым долям секунды. Однако современные зеркальные и беззеркальные фотоаппараты обладают возможностью экспонировать всего лишь на протяжении 1/8000 секунды или же держать затвор открытым 30 секунд по предустановке, а с помощью тросика и режима BULB – сколь угодно долго.
Устройство хотя и кажется простым, состоящим из двух основных частей, все же остается достаточно хрупким. Наверно нет в фотоаппарате других более подверженных постоянному движению частей. Представьте себе хотя бы свадебного фотографа и использование им серийной съемки. За одну свадьбу фотограф приносит с собой до пары тысяч снимков. А каков же ресурс современного устройства? Для фотоаппаратов начального класса он составляет около 50 000 снимков, для полупрофессионального сегмента – 100 000 кадров, для профессиональной линейки фотоаппаратов – 200 000 снимков. Далее затвор, конечно, работает, и не дает видимых дефектов, но никаких гарантий обещанного ранее результата производитель не дает.
Что делать, когда устройство вышло из строя? Стоимость нового не мала, работа по его замене трудоемка и связана с разбором мелких деталей. Именно поэтому сервисы выставляют ценники от 7000 рублей за любительские фотоаппраты и до 35000 рублей за профессиональные. А это значит, что поменять затвор стоит около 25% от цены самой тушки. Так что удовольствие не из дешевых, но весьма обязательных. Затвор фотоаппарата может работать и более заявленного ресурса, а может сломаться и уйти в отказ. После работ по замене часто требуется юстировка, так как бывают случаи, что он не срабатывает на некоторых выдержках, на которых по техническим данным должен работать.
Понятие синхронизации со вспышкой
Так как шторки на коротких выдержках работают в паре – первая шторка еще не открылась полностью, а вторая уже начинает движение на закрытие, то возникают проблемы при использовании вспышки. Такая технология позволяет получить матрице естественный свет за нужный промежуток времени, но что делать со вспышкой, которая дополняет свет и работает импульсно? Она ведь не может светить несколько секунд.
Выдержка при использовании вспышек часто не может быть выставлена более выдержки синхронизации. Это такая выдержка, в течение которой может быть открыта вся матрица, чтобы в этот момент получить импульсный свет вспышки. При более коротких выдержках вспышка осветит лишь часть матрицы, кадр будет испорчен. Поэтому понятие выдержки синхронизации напрямую связано со скоростью движения шторок и указывается в технических характеристиках фотоаппарата.
Электронный затвор
Постепенно механические затворы вытесняются более надежными, дешевыми и перспективными электронными. В некоторых случаях в фотоаппаратах уже встраивают оба вида. Что такое электронный затвор и в чем его плюсы? Это не устройство, а способ регулировки выдержки с помощью электронных алгоритмов. Специальные сигналы дают матрице команды на получение информации от света и на обнуление. Например, матрице может быть сообщено, что считывать «картинку» необходимо 1/500 секунды. Далее полученная информация поступит в процессор на обработку, а матрица, обнулившись, будет ждать новых команд. Таким образом регулировка количества света, который получает матрица происходит без механических шторок и движущихся механизмов. Что это дает? Какие горизонты открывает?
У электронных затворов есть и специфические недостатки. Это и искажения изображения из-за построчного считывания, и ореолы, вызванные спецификой применяемых полупроводников (понятие блуминга), также матрица менее защищена.
Таким образом, затвор – устройство, которое недооценивают начинающие фотографы. Лишь столкнувшись с ограничениями, окончанием его ресурса фотограф начинает задумываться о нем. Поэтому лучше узнать как можно раньше про эту составную часть фотоаппарата, которая ограничивает срок его службы. Сегодня имеется возможность выбрать фотоаппарат с разными ресурсами затвора или вовсе перейти на электронный вариант.