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數(shù)碼單反攝影完全揭秘

 秋韻齋 2016-03-16
數(shù)碼單反攝影完全揭秘_快門系統(tǒng)
奏小咩Damp 2016-03-01 00:48:25
閱讀數(shù):2614
大家好,我是Damp。這是一篇送給攝影初學(xué)者的掃盲文章。

攝影是抓住光的藝術(shù)。用過不同的相機(jī)、換過不同的鏡頭,光影的世界美麗又難以琢磨。我做了幾個方面的總結(jié),以長微博的形式陸續(xù)放出。希望能對初學(xué)者有所幫助。但天外有天,請多多指教。這一篇主要談技術(shù)層面的快門系統(tǒng)。

兩套快門

數(shù)碼單反的快門嚴(yán)格來說有兩套:一是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械快門。二是感光元件電信號通斷控制的電子快門。拍攝照片時,機(jī)械快門和電子快門協(xié)同運(yùn)作。拍攝短片時,機(jī)械快門完全打開,電子快門持續(xù)運(yùn)作。疑惑拍短片時怎么還能調(diào)快門的小伙伴好像明白了什么

目前絕大多數(shù)單反使用的機(jī)械和電子快門的組合是:卷簾快門+CMOS。沒錯大家先別說話。卷簾快門是機(jī)械快門的一種,CMOS除了感光元件的功能外還兼任電子快門。

同步速度

卷簾快門有兩種工作方式:一是當(dāng)快門速度低于數(shù)值N時,按下快門時快門完全打開,曝光結(jié)束后快門完全關(guān)閉。二是快門速度高于數(shù)值N時,快門以露出一道縫隙的方式從某一個方向滾動曝光。這個數(shù)值N就是閃光同步速度。

在滾動曝光時,每一行的曝光是依次進(jìn)行的。普通閃光燈的閃光時間很短,閃光燈必須犧牲閃光強(qiáng)度來延長閃光時間,以此保證畫面的每一部分都會受到閃光。不同型號相機(jī)的閃光同步速度可能有所不同,在機(jī)身說明書中可以找到這個值。

卷簾快門工作的視頻: 【點(diǎn)擊播放】慢鏡頭告訴你快門如何工作

果凍效應(yīng)和波紋

來看一個有趣的視頻: 【點(diǎn)擊播放】看得見的音樂 

吉他琴弦的震動并不是視頻里拍出的那樣,這就是典型的果凍效應(yīng)??雌饋砗苊溃嗲闆r下它帶來的影響還是負(fù)面的。它會把直的拍斜、把少的拍多。

果凍效應(yīng)普遍存在于使用CMOS的手機(jī)、相機(jī)和攝像機(jī)上。然而單反增加了機(jī)械快門的結(jié)構(gòu),拍攝照片時CMOS與機(jī)械快門的配合極大削弱了這種效應(yīng),實(shí)際使用中影響并不大。但是拍攝短片時遇到這種現(xiàn)象,幾乎是無法靠改變相機(jī)設(shè)置避免的。

原因請看: 【點(diǎn)擊播放】扭曲的螺旋槳 

與此不同的是,另外一種現(xiàn)象可以通過加快快門速度改善,就是在日光燈下或?qū)χ聊讳浺曨l可能會出現(xiàn)的波紋。這是CMOS電子快門掃描速度慢于燈光頻率造成的。

安全快門速度

手持拍攝時,要克服抖動獲得清晰的圖像,快門速度不得低于拍攝時使用焦距的倒數(shù)。實(shí)際拍攝中,如果鏡頭和機(jī)身都沒有防抖系統(tǒng),快門速度建議不低于1/60s。如果鏡頭或機(jī)身帶有防抖功能,可視情況放慢快門,建議不低于1/15s。

B門/T門把控拍攝時機(jī)

很多單反能設(shè)置到的最慢快門是30秒,再慢就需要使用B門/T門手動控制曝光時間。但并不是超過30秒才會用到B門/T門,B門/T門可以贏得更好的拍攝時機(jī)。

拍攝閃電、煙花等容易控制曝光卻不好把握時機(jī)的題材時,我們并不知道它們出現(xiàn)的精準(zhǔn)時間。使用B門/T門手動捕捉,將大大提高拍攝成功率。

使用B門/T門的另外一個技巧是凈化畫面。如果有三腳架,即便是光線充足的室外,我們可以利用足夠小的光圈和ISO,必要時安裝減光鏡,來獲得足夠長的曝光時間。以此保證行人在某個位置停留的時間不足以形成圖像而獲得干凈的畫面。

1s-30s用來創(chuàng)作性拍攝

這個范圍的快門速度主要用于景觀的創(chuàng)作性拍攝,如拍攝車龍,水流產(chǎn)生絲滑質(zhì)感、星空等。

1/30s-1s謹(jǐn)慎使用

無論是使用三腳架還是手持拍攝,即便是機(jī)身或鏡頭帶有防抖功能。在這個快門速度內(nèi)很容易拍出廢片。原因不是相機(jī)不穩(wěn),而是自然環(huán)境中的風(fēng)吹樹葉、人物的表情變化等微小動作都會在畫面中留下痕跡造成部分模糊。

但此時運(yùn)動速度比微小動作稍快的物體正好可以留下短暫的拖影,可用于創(chuàng)意拍攝。如雨線、人流拖影。

1/320s-1/60s體現(xiàn)速度感

這是體現(xiàn)速度感的最佳快門區(qū)間。在拍攝運(yùn)動物體時,如果被攝對象垂直于鏡頭指向的方向移動,可以使用搖拍的方式體現(xiàn)速度感。

這時我們與被攝對象的相對位移很小,這個快門速度正好可以凝固被攝主體的同時不凝固背景。

1/2500s-1/320s

過了1/320s,日常肢體動作、行人走路都會被凝固。你可以走著拍、搖著拍。而過了1/500s,你可以跳著拍、抽風(fēng)拍……但坐著車拍不算哈。

從1/320s到1/2500s除了控制曝光外就主要用來抓拍。你可以逐漸凝固各種畫面。不過有個建議,并不是徹底凝固就是最好的,如上圖濺起的浪花呈煙霧狀。這個快門范圍需要注意的是:如果拍攝嘈雜環(huán)境下的靜物或人物,盡量使用大光圈,否則在絕對的靜中很難突出主體。

最大快門速度

1/2500s以上的快門主要用來控制曝光,最大快門速度則決定了你在極端條件下的拍攝是否需要帶額外的減光鏡。真的沒有再快的東西可以用上超過1/2500s快門速度抓拍了嗎?確實(shí)有。比如凝固大功率風(fēng)扇和高頻振動什么的,不過真的很少用。

更多的是無法抓拍的,比如射出的子彈。根據(jù)資料凝固子彈要1/8000s的快門速度。但有三個條件限制了我們的拍攝,一是單反的最大連拍數(shù),在有限的連拍里很捕獲到速度太快的物體。二是需要比較專業(yè)的閃光/補(bǔ)光設(shè)備。三是果凍效應(yīng)可能越來越嚴(yán)重。因此,像子彈這類的超高速拍攝一般由搭載CCD的專業(yè)高速攝影機(jī)在專業(yè)的曝光環(huán)境中完成。

附:快門原理

這一部分寫給想進(jìn)一步了解快門系統(tǒng)的童鞋。燒腦預(yù)警……

目前機(jī)械快門主要有全局快門和卷簾快門兩類。感光元件主要有CCD和CMOS兩種。全局快門只有兩種狀態(tài),完全打開和完全關(guān)閉。卷簾快門除了這兩種狀態(tài)外還可以滾動曝光。有了這些概念之后,我們直接看搭配。

搭配類型一:無機(jī)械快門只有逐行掃描CCD

逐行掃描CCD在按下快門時,首先會瞬間清空傳感器上的電荷,然后所有像素同時開始接受光信號并累積成電荷,直到設(shè)定的曝光時間結(jié)束后所有像素上的電荷同時轉(zhuǎn)移到曝光屏蔽區(qū)域,最后從曝光屏蔽區(qū)域逐行讀出圖像。因?yàn)闆]有機(jī)械快門遮擋,轉(zhuǎn)移到曝光屏蔽區(qū)域再讀是為了保證讀取的每個像素曝光時間是相同并準(zhǔn)確的。這種方式對感光元件的工藝有著十分嚴(yán)格的要求,同時轉(zhuǎn)移電荷需要相當(dāng)大的信號處理能力并且在放大信號時會有大量電力消耗,這就制約了圖像傳感器的尺寸。但是優(yōu)點(diǎn)很明顯,那就是畫面真實(shí)不變形,噪點(diǎn)容易控制等。目前主要用在科研和高速攝影機(jī)上。


搭配類型二:全局快門+隔行掃描CCD

另外有一種不是同時轉(zhuǎn)移電荷的CCD。在曝光之后奇數(shù)行和偶數(shù)行像素的電荷分別轉(zhuǎn)移,這樣減少了對工藝的要求,簡化成本。但會導(dǎo)致奇數(shù)行和偶數(shù)行曝光時間不統(tǒng)一,轉(zhuǎn)移晚的曝光時間長,于是增加了機(jī)械全局快門,以便在設(shè)定的曝光時間結(jié)束后隔離光線。

搭配類型三:無機(jī)械快門只有滾動掃描CMOS

這種CMOS也是逐行讀取的,為保證讀取時間的先后不影響每行的曝光量,用了一種巧妙的方法:在這一行讀取時,上一行就斷電清空。這樣依次向下,使得每行的曝光量是相同的。優(yōu)點(diǎn)是CMOS每個像素都有獨(dú)立的處理能力,打破了CCD同時轉(zhuǎn)移信號對處理能力的要求,這樣傳感器總像素級別容易做大,電壓要求也比較低。缺點(diǎn)是出現(xiàn)同步頻率的問題和果凍效應(yīng)。目前單一的CMOS電子快門主要用在手機(jī)上。

搭配類型四:卷簾快門+滾動掃描CMOS

為了緩解單純CMOS產(chǎn)生的嚴(yán)重果凍效應(yīng),在數(shù)碼單反上增加了機(jī)械卷簾快門,全稱是電磁驅(qū)動縱走式焦平面快門。在快門速度設(shè)定低于一定值時,機(jī)械快門以近似全局快門的方式曝光,短暫儲存后再讀取。在高于一定速度曝光時,卷簾快門露出的縫隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于像素行的大小,也大幅減小了果凍效應(yīng)。遺憾的就是拍短片時機(jī)械快門不起作用,而且出現(xiàn)了閃光同步速度的問題,高速同步閃光時閃光性能被削弱。

總結(jié)

從絕對的畫質(zhì)角度看,全局CCD占有優(yōu)勢,畫面真實(shí)噪點(diǎn)少,但受成本技術(shù)制約超高像素的CCD很少出現(xiàn)。相比而言,CMOS提供了一個解決方案卻出現(xiàn)了同步速度和果凍效應(yīng)。不過用在手機(jī)上它的低能耗非常有優(yōu)勢。用在中高端單反上,大畫幅帶來的畫質(zhì)提升和圖像處理器強(qiáng)大的噪點(diǎn)抑制處理最終也使畫質(zhì)以較低的成本超過CCD,這也是目前普遍使用“卷簾快門+CMOS”這套組合的原因。現(xiàn)在技術(shù)界除了在嘗試解決CCD的技術(shù)和成本問題,也在試著著做出更好的曝光系統(tǒng),但預(yù)計(jì)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還在未來。

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