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数码单反摄影完全揭秘
数码单反摄影完全揭秘_快门系统
奏小咩Damp 2016-03-01 00:48:25
阅读数:2614
大家好,我是Damp。这是一篇送给摄影初学者的扫盲文章。

摄影是抓住光的艺术。用过不同的相机、换过不同的镜头,光影的世界美丽又难以琢磨。我做了几个方面的总结,以长微博的形式陆续放出。希望能对初学者有所帮助。但天外有天,请多多指教。这一篇主要谈技术层面的快门系统。

两套快门

数码单反的快门严格来说有两套:一是传统意义上的机械快门。二是感光元件电信号通断控制的电子快门。拍摄照片时,机械快门和电子快门协同运作。拍摄短片时,机械快门完全打开,电子快门持续运作。疑惑拍短片时怎么还能调快门的小伙伴好像明白了什么

目前绝大多数单反使用的机械和电子快门的组合是:卷帘快门+CMOS。没错大家先别说话。卷帘快门是机械快门的一种,CMOS除了感光元件的功能外还兼任电子快门。

同步速度

卷帘快门有两种工作方式:一是当快门速度低于数值N时,按下快门时快门完全打开,曝光结束后快门完全关闭。二是快门速度高于数值N时,快门以露出一道缝隙的方式从某一个方向滚动曝光。这个数值N就是闪光同步速度。

在滚动曝光时,每一行的曝光是依次进行的。普通闪光灯的闪光时间很短,闪光灯必须牺牲闪光强度来延长闪光时间,以此保证画面的每一部分都会受到闪光。不同型号相机的闪光同步速度可能有所不同,在机身说明书中可以找到这个值。

卷帘快门工作的视频: 【点击播放】慢镜头告诉你快门如何工作

果冻效应和波纹

来看一个有趣的视频: 【点击播放】看得见的音乐 

吉他琴弦的震动并不是视频里拍出的那样,这就是典型的果冻效应。看起来很美,但更多情况下它带来的影响还是负面的。它会把直的拍斜、把少的拍多。

果冻效应普遍存在于使用CMOS的手机、相机和摄像机上。然而单反增加了机械快门的结构,拍摄照片时CMOS与机械快门的配合极大削弱了这种效应,实际使用中影响并不大。但是拍摄短片时遇到这种现象,几乎是无法靠改变相机设置避免的。

原因请看: 【点击播放】扭曲的螺旋桨 

与此不同的是,另外一种现象可以通过加快快门速度改善,就是在日光灯下或对着屏幕录视频可能会出现的波纹。这是CMOS电子快门扫描速度慢于灯光频率造成的。

安全快门速度

手持拍摄时,要克服抖动获得清晰的图像,快门速度不得低于拍摄时使用焦距的倒数。实际拍摄中,如果镜头和机身都没有防抖系统,快门速度建议不低于1/60s。如果镜头或机身带有防抖功能,可视情况放慢快门,建议不低于1/15s。

B门/T门把控拍摄时机

很多单反能设置到的最慢快门是30秒,再慢就需要使用B门/T门手动控制曝光时间。但并不是超过30秒才会用到B门/T门,B门/T门可以赢得更好的拍摄时机。

拍摄闪电、烟花等容易控制曝光却不好把握时机的题材时,我们并不知道它们出现的精准时间。使用B门/T门手动捕捉,将大大提高拍摄成功率。

使用B门/T门的另外一个技巧是净化画面。如果有三脚架,即便是光线充足的室外,我们可以利用足够小的光圈和ISO,必要时安装减光镜,来获得足够长的曝光时间。以此保证行人在某个位置停留的时间不足以形成图像而获得干净的画面。

1s-30s用来创作性拍摄

这个范围的快门速度主要用于景观的创作性拍摄,如拍摄车龙,水流产生丝滑质感、星空等。

1/30s-1s谨慎使用

无论是使用三脚架还是手持拍摄,即便是机身或镜头带有防抖功能。在这个快门速度内很容易拍出废片。原因不是相机不稳,而是自然环境中的风吹树叶、人物的表情变化等微小动作都会在画面中留下痕迹造成部分模糊。

但此时运动速度比微小动作稍快的物体正好可以留下短暂的拖影,可用于创意拍摄。如雨线、人流拖影。

1/320s-1/60s体现速度感

这是体现速度感的最佳快门区间。在拍摄运动物体时,如果被摄对象垂直于镜头指向的方向移动,可以使用摇拍的方式体现速度感。

这时我们与被摄对象的相对位移很小,这个快门速度正好可以凝固被摄主体的同时不凝固背景。

1/2500s-1/320s

过了1/320s,日常肢体动作、行人走路都会被凝固。你可以走着拍、摇着拍。而过了1/500s,你可以跳着拍、抽风拍……但坐着车拍不算哈。

从1/320s到1/2500s除了控制曝光外就主要用来抓拍。你可以逐渐凝固各种画面。不过有个建议,并不是彻底凝固就是最好的,如上图溅起的浪花呈烟雾状。这个快门范围需要注意的是:如果拍摄嘈杂环境下的静物或人物,尽量使用大光圈,否则在绝对的静中很难突出主体。

最大快门速度

1/2500s以上的快门主要用来控制曝光,最大快门速度则决定了你在极端条件下的拍摄是否需要带额外的减光镜。真的没有再快的东西可以用上超过1/2500s快门速度抓拍了吗?确实有。比如凝固大功率风扇和高频振动什么的,不过真的很少用。

更多的是无法抓拍的,比如射出的子弹。根据资料凝固子弹要1/8000s的快门速度。但有三个条件限制了我们的拍摄,一是单反的最大连拍数,在有限的连拍里很捕获到速度太快的物体。二是需要比较专业的闪光/补光设备。三是果冻效应可能越来越严重。因此,像子弹这类的超高速拍摄一般由搭载CCD的专业高速摄影机在专业的曝光环境中完成。

附:快门原理

这一部分写给想进一步了解快门系统的童鞋。烧脑预警……

目前机械快门主要有全局快门和卷帘快门两类。感光元件主要有CCD和CMOS两种。全局快门只有两种状态,完全打开和完全关闭。卷帘快门除了这两种状态外还可以滚动曝光。有了这些概念之后,我们直接看搭配。

搭配类型一:无机械快门只有逐行扫描CCD

逐行扫描CCD在按下快门时,首先会瞬间清空传感器上的电荷,然后所有像素同时开始接受光信号并累积成电荷,直到设定的曝光时间结束后所有像素上的电荷同时转移到曝光屏蔽区域,最后从曝光屏蔽区域逐行读出图像。因为没有机械快门遮挡,转移到曝光屏蔽区域再读是为了保证读取的每个像素曝光时间是相同并准确的。这种方式对感光元件的工艺有着十分严格的要求,同时转移电荷需要相当大的信号处理能力并且在放大信号时会有大量电力消耗,这就制约了图像传感器的尺寸。但是优点很明显,那就是画面真实不变形,噪点容易控制等。目前主要用在科研和高速摄影机上。


搭配类型二:全局快门+隔行扫描CCD

另外有一种不是同时转移电荷的CCD。在曝光之后奇数行和偶数行像素的电荷分别转移,这样减少了对工艺的要求,简化成本。但会导致奇数行和偶数行曝光时间不统一,转移晚的曝光时间长,于是增加了机械全局快门,以便在设定的曝光时间结束后隔离光线。

搭配类型三:无机械快门只有滚动扫描CMOS

这种CMOS也是逐行读取的,为保证读取时间的先后不影响每行的曝光量,用了一种巧妙的方法:在这一行读取时,上一行就断电清空。这样依次向下,使得每行的曝光量是相同的。优点是CMOS每个像素都有独立的处理能力,打破了CCD同时转移信号对处理能力的要求,这样传感器总像素级别容易做大,电压要求也比较低。缺点是出现同步频率的问题和果冻效应。目前单一的CMOS电子快门主要用在手机上。

搭配类型四:卷帘快门+滚动扫描CMOS

为了缓解单纯CMOS产生的严重果冻效应,在数码单反上增加了机械卷帘快门,全称是电磁驱动纵走式焦平面快门。在快门速度设定低于一定值时,机械快门以近似全局快门的方式曝光,短暂储存后再读取。在高于一定速度曝光时,卷帘快门露出的缝隙远远大于像素行的大小,也大幅减小了果冻效应。遗憾的就是拍短片时机械快门不起作用,而且出现了闪光同步速度的问题,高速同步闪光时闪光性能被削弱。

总结

从绝对的画质角度看,全局CCD占有优势,画面真实噪点少,但受成本技术制约超高像素的CCD很少出现。相比而言,CMOS提供了一个解决方案却出现了同步速度和果冻效应。不过用在手机上它的低能耗非常有优势。用在中高端单反上,大画幅带来的画质提升和图像处理器强大的噪点抑制处理最终也使画质以较低的成本超过CCD,这也是目前普遍使用“卷帘快门+CMOS”这套组合的原因。现在技术界除了在尝试解决CCD的技术和成本问题,也在试着着做出更好的曝光系统,但预计用于大规模工业生产还在未来。

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