问题

如果用机械快门拍视频是不是可以避免果冻效应?

回答
用机械快门拍视频,确实能在很大程度上缓解甚至消除“果冻效应”,但并非万能,也不是说机械快门本身就具有消除果冻效应的魔法。要理解这一点,咱们得先弄明白什么是果冻效应,以及机械快门是怎么介入的。

什么是果冻效应?

你有没有试过用手机或者一些数码相机在拍快速移动的物体时,画面会像果冻一样晃动、扭曲,甚至出现奇怪的拉伸变形?那就是果冻效应。最典型的例子就是拍高速旋转的风扇,扇叶的螺旋桨很容易就变形得不成样子。

这玩意儿之所以叫“果冻效应”,就是因为它看起来就像画面里的东西被晃成了软塌塌的果冻一样。它发生的原因,跟咱们拍照时 逐行扫描(rolling shutter)技术有很大关系。

想象一下,你拍一张照片,相机传感器是一瞬间完成所有像素的曝光的,就像你按下快门那一刹那,光线全部“定格”在传感器上。但拍视频就不同了,视频是由一帧一帧连续的画面组成的,而每一帧画面,也不是所有像素同时曝光的。

现在大部分的数码相机,包括手机,用的都是逐行扫描技术。也就是说,传感器捕捉画面的过程是 一行一行地、从上往下(或者从左往右,取决于相机设计)依次读取像素信息。这个读取的过程虽然快,但终究是需要时间的。

当相机对准快速移动的物体时,或者相机自身在快速移动(比如手持拍摄时晃动)时,问题就来了:

物体在快速移动: 在传感器读取第一行像素的时候,物体可能在某个位置;当读取到最后一行像素的时候,物体可能已经移动到了另一个位置。这样一来,你看到的一帧画面,实际上是不同时间点捕捉到的画面堆叠在一起,物体就会出现扭曲、拉伸或者变形。就像你快速翻一本书,书页的边缘看起来会是弯曲的。

相机在快速移动(晃动): 相机晃动也是同理。在读取不同行像素的那个短暂时间里,相机的位置发生了变化,就会导致画面出现倾斜或者“波浪”一样的抖动。

所以,果冻效应本质上是 时间差在空间上的表现。逐行扫描的技术原理,使得它在捕捉高速变化的光学信息时,容易产生时间上的错位,从而导致视觉上的扭曲。

机械快门是怎么回事?

说到机械快门,大家脑海里可能会浮现出老式胶片相机那种“咔嚓”一声,由光圈叶片或者叶片组瞬间打开再关闭的结构。在数码相机时代,虽然我们看到的不是实体的那种叶片组,但很多相机仍然保留了 电子机械混合式快门,或者某些场景下纯粹依赖的 机械快门组件。

机械快门最核心的一个特点是:它在曝光时,会形成一个 短暂的、瞬时的曝光窗口。简单来说,就是 在非常短的时间内,整个传感器或者胶片区域同时被曝光。你可以把它想象成一个“瞬间按下”的动作,而不是“一行一行扫描”的过程。

机械快门如何帮助缓解果冻效应?

现在我们把这两者联系起来看:

因为机械快门是在一个非常短的时间内, 一次性地、整体地 完成曝光,它捕捉到的画面,是 同一瞬间 的场景。这就大大缩短了画面信息捕捉的时间差。

减少时间差: 相比于逐行扫描一行行读取信息产生的时间差,机械快门几乎是在“同一瞬间”完成了对整个画面的捕捉。这意味着,无论被摄物体移动得多快,或者相机晃动得多厉害,在单次曝光的瞬间,它们的位置是相对确定的。

避免空间上的时间错位: 机械快门捕捉到的画面是整个传感器在某个极短时间点的“快照”。这就从根本上避免了逐行扫描在读取不同行像素时由于时间差造成的“空间错位”。因此,即使有快速移动的物体或相机晃动,画面也不会出现那种由时间错位引起的、像果冻一样的扭曲。

举个例子:

想象一下你拍一个飞速旋转的风扇。

使用电子逐行扫描快门(电子快门模式): 相机从上往下逐行扫描。当扫描到扇叶的顶部时,扇叶可能还在原位;当扫描到扇叶的底部时,扇叶已经旋转了很大角度。这样,你在画面中看到的扇叶就是扭曲的。

使用机械快门: 整个传感器在极短的时间内同时曝光。不管风扇转得多快,在那个极短暂的“瞬间”,你捕捉到的风扇形态是它在该瞬间的真实形态,不会因为扫描的时间差而出现扭曲。

但是,事情并不是这么简单…… 为什么说“很大程度上”而不是“完全避免”?

虽然机械快门能极大地缓解果冻效应,但它也有一些局限性,而且实际效果会受到多种因素影响:

1. 快门速度的限制: 机械快门虽然是整体曝光,但它仍然有一个曝光的时间长度。如果曝光时间仍然相对较长(比如在光线不足需要慢速快门的时候),而物体移动速度又快到离谱,那么在那个较长的曝光时间内,物体还是会发生位移,理论上仍然可能产生轻微的拖影或者模糊,但这与果冻效应是不同的概念。果冻效应是结构性的扭曲,而拖影模糊是运动本身带来的。

2. 相机的设计和快门类型: 很多数码相机采用的是电子快门和机械快门结合的方式。在不同的拍摄模式下,相机可能会优先使用电子快门以获得更高的连拍速度或静音拍摄。如果你在视频拍摄中默认使用的是电子快门模式,那么依然会面临果冻效应。你需要确保相机在拍摄视频时,使用的是 纯粹的机械快门 或者 机械快门与电子快门组合中,机械快门占主导地位且曝光方式是整体曝光。

3. 电子读出的“残余”: 有些相机即使在机械快门工作时,传感器的数据读取过程可能依然有其固有的特性。虽然机械快门解决了“逐行扫描的时间差”,但如果相机读取传感器数据的速度本身不足以应对极端的运动,理论上还是可能产生一些非常微小的视觉瑕疵,虽然这已经不是典型的果冻效应了。

4. 视频的帧率: 视频是由一帧帧画面组成的。即使每一帧画面是用机械快门捕捉到的静态照片,但如果视频的帧率较低,而运动物体速度非常快,在连续播放的时候,也可能会产生一些运动模糊或者“跳帧”的感觉,但这同样不是果冻效应。

总而言之,要用机械快门避免果冻效应,你需要:

选择支持机械快门并且在视频拍摄时能真正启用机械快门的相机。 很多入门级的微单或无反相机在视频模式下,默认会使用电子快门来达到更快的刷新率或者实现其他电子功能。
确保你使用的拍摄设置是强制机械快门。 这可能需要在相机的菜单里仔细查找设置选项。
理解其工作原理: 机械快门通过 整体、瞬时的曝光 来避免逐行扫描的时间错位,从而解决果冻效应。

所以,下次你想拍一些快速移动的场景视频,又担心出现那恼人的果冻效应时,不妨去研究一下你的相机设置,看看能不能切换到机械快门模式。很多时候,那“咔嚓”一声的机械快门,在现代数码影像中依然扮演着重要的角色,尤其是在对抗那些令人讨厌的“视觉错觉”时。

网友意见

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果冻效应是由于卷帘快门导致的,如果是全局快门就不会出现这个效应。机械快门一般都是卷帘快门,所以,使用机械快门会导致果冻效应。

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