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Camera冷知识 你知道什么是果冻效应么

        【IT168 评论】关心数码相机或者爱好摄影的朋友一定听说过很多“XX效应”,比如像偏振效应、紫边效应、丁达尔效应等等。今天我们要跟大家一起探讨的呢也是一种效应,这种效应叫做“果冻效应”。

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  可能很多朋友听到这个果冻效应的时候都会产生这样的疑问——“相机跟果冻还有关系呢?”其实不然,相机跟我们平常吃的果冻的确是没啥关系,但是为什么这个效应又叫做“果冻效应”呢,请看我们下文分解。

  我们先来看一些果冻效应的实例照片:

Camera冷知识 你知道什么是果冻效应么
▲果冻效应实例

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▲果冻效应实例

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▲果冻效应实例

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▲果冻效应实例

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▲果冻效应实例

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▲果冻效应实例

  知识储备及普及:

  在具体解释果冻效应之前我们首先应该了解一下快门的种类和工作原理,因为了解了这些之后,在后面您才可以更好的了解果冻效应产生的原因。

  目前快门可以分成三个类型:机械快门、电磁驱动机械快门和电子断流快门。

  机械快门就是我们能在胶片相机上看到的最基础的快门,它完全依靠相机内的弹簧或者机械部件来控制快门的打开和闭合。但是这类快门的缺点就是很难达到比较高的快门速度和低速、高速快门容易速度不准确。

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▲电磁驱动机械快门

  所以在随后相机数码化的过程当中,相机的快门也加入了更多电子化的部件。由过去的纯机械驱动改为由电磁驱动,所以这类快门就叫作电磁驱动机械快门。这类快门的优点就在于可以达到了更高的快门速度,而且每档快门速度也可以控制的更准确。目前我们在数码单反相机和无反相机上看到的大多数快门都是这种。

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▲采用电子断流快门的手机感光元件

  电子断流快门其实并不是一种传统意义上的快门,因为这种快门的曝光方式完全都是由传感器(CCD/CMOS)来完成,所以不需要任何的机械部件进行物理遮光。由于不需要加入机械部件(快门帘)而直接采用传感器进行曝光,所以快门速度可以达到很高(可超过1/10000s),而且快门的体积就大大缩小。因此这类快门主要就使用在几乎目前大部分的手机和小DC相机上。

  果冻效应产生的原因:

  我们所说的果冻效应大多数主要出现在采用了电子断流快门的设备上。请注意我们下面所谈的均指的是采用了电子断流快门方式曝光的传感器。在电子断流快门类型中,传感器根据不同的工作方式还可以分为全局快门和卷帘快门。

  全局快门(CCD多采用这种)的曝光方式是同一时间,传感器上的所有像素同时接受光源,然后再转化成电子信号,所以这种曝光方式对于抓拍高速移动的物体有着非常好的优势。但是由于采用了全局快门曝光方式以后传感器上的每一个像素的采光元件都要同时对数据进行转换,所以就增加了单个像素上的采光元件数目(单个像素体积变大),单个面积下的像素数就变少了,因此采用全局快门方式曝光的传感器很难达到很高的像素。

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  为了提高传感器的像素问题,采用了卷帘快门曝光方式的传感器就出现了,而这也是目前CMOS最常使用的一种曝光方式。CMOS的曝光过程大致可以理解为断电(电信号清零)——曝光——通电(光源转换电信号成像)。而且CMOS的曝光过程采用的是从上至下逐行扫描的方式进行的,有点类似机械的焦平面快门(有快门帘的那种快门)的工作方式,所以CMOS的这种工作方式才被称为卷帘快门。

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  因此(下面该说重点了)如果被拍摄物体相对于相机高速运动时,用全局快门方式拍摄,假如曝光时间过长,照片会产生像糊现象。而用卷帘快门方式拍摄,逐行扫描速度不够(比运动物体速度慢),拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任一种情况。这种卷帘快门方式拍摄出现的现象,就定义为果冻效应(会产生像果冻一样的形变)。

  下面这个视频可以更好的解释一下果冻效应的产生

  再结合最早我们给大家看的照片,大家就应该能明白为什么使用手机或者小DC相机拍摄高速运动物体的时候会产生或拉长或弯曲的形变了吧。

  为什么数码单反相机中很少出现果冻效应?

  我相信这一定是大家很关心的一个问题。大家知道采用了电子断流快门的CMOS是一边扫描一边转换光信号,所以速度就相对较慢。而数码单反相机或者无反相机有一个快门帘作物理遮光元件,所以CMOS会在快门帘闭合之后处于一个完全没有光信号影响的环境下再进行光源信号转换。因此数码单反相机上传感器的扫描速度要比采用了电子断流快门的CMOS扫描速度快很多。这就是为什么数码单反相机相机和无反相机这种采用电磁驱动机械快门的相机很少产生果冻效应的原因(但其实也会出现)。

  但是事情也不是绝对的,虽然数码单反相机和无反可换镜相机在拍摄静态物体的时候很少出现果冻效应。但是在用这些相机拍摄视频的时候就很有可能出现果冻效应了。因为在拍摄视频的时候,数码单反相机和无反相机的传感器也处于一直感光的过程(没有反光板和快门帘的遮挡),所以这时传感器基本上就变成了卷帘快门的曝光方式。因此在使用很多低性能传感器拍摄视频的时候,对于高速运动的物体还是会出现果冻效应的。

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