Что такое глобальный затвор камеры

Rolling Shutter (роллинг шаттер) в видеосъемке

Появление роллинг шаттера совпадает с моментом, когда в фото/видеосъемочной технике стали применяться матрицы CMOS (КМОП-сенсор). В отличие от матриц CCD (ПЗС-сенсор), CMOS обычно фиксирует изображение построчно, сверху-вниз. Таким образом, при движении в кадре матрица не успевает зафиксировать информацию со всего кадра, и на обработку подается лишь информация с нескольких строк. Тем временем объект в кадре уже изменил свое положение, соответственно, изменилось и его положение на матрице. Такое нескончаемое запаздывание матрицы за движением в кадре приводит к появлению роллинг шаттера.

Скорость снятия информации в разных сенсорах может различаться. Более того — разные CMOS-матрицы имеют разное же количество пикселей, и, соответственно, строк, с которых требуется снять информацию. Неизбежный вывод: чем медленнее матрица, тем медленней происходит снятие информации с ее строк. Аналогично и с количеством пикселей — чем бо́льшим количеством пикселей обладает матрица, тем медленней происходит снятие с нее информации, строк-то ведь больше.

Как проявляется роллинг шаттер?

Следующие ролики покажут оба типа дефекта во всей красе:

2. Желе. Зрительно проявляется в виде нестабильной картинки, так, словно перед камерой колышется абсолютно прозрачная желеобразная масса, хаотично искажая весь кадр. Этот дефект возникает при неупорядоченном перемещении камеры во все стороны, или, иначе говоря, когда при съемке оператор машет камерой, словно метлой. Степень желейности зависит как от быстродействия матрицы, так и от скорости «подметания». В некоторых, особо запущенных случаях, когда матрица откровенно медленная и/или имеет слишком большое количество пикселей, желе может проявляться даже при почти, казалось бы, статичной съемке с рук. Дело в том, что мелкая дрожь, идущая от руки, преобразуется встроенным стабилизатором в более плавное перемещение, которого оказывается достаточно для появления роллинг шаттера.

3. Горизонтальные пересвеченные полосы в кадре. Возникают при срабатывании фотовспышки (молнии и пр.). Это абсолютно неизбежный дефект, который возникает всегда при резком изменении освещенности, и если камера оснащена CMOS-матрицей с построчным снятием информации. Появление этих полос гарантируется независимо от скорости считывания с матрицы. Медленная ли она, быстрая ли — неважно. Полосы обязательно будут, только длительность их присутствия в кадре окажется разной.

Резюмируем: чем бо́льшим количеством пикселей обладает матрица видеокамеры или фотоаппарата, и чем ниже скорость передачи данных с этой матрицы, тем сильнее выражен роллинг шаттер. Касаемо видеокамер хотелось бы отметить: для видеосъемки с разрешением Full HD вполне достаточно двух-мегапиксельной матрицы. Если же такая матрица окажется еще и быстрой, то роллинг шаттер проявится только в случае с фотовспышкой. А бороться с фотовспышками несложно: достаточно выгнать всех назойливых фотографов из помещения, где производится видеосъемка, это самый надежный способ борьбы с фотовспышечным роллинг шаттером.

Способы борьбы с роллинг шаттером

Обратите внимание на разницу углов в исходном и обработанном видео. Если в первом случае, когда весь кадр имеет наклон, программа сумела чуть исправить положение, то во втором случае с проезжающим автобусом фильтр оказался бессилен. Что и требовалось доказать.

Сделаем вывод: избежать роллинг шаттера в ваших съемках поможет только отсутствие тряски, фотовспышек, и быстродвижущихся объектов. Звучит смешно, однако факт. Где-то глубоко в душе — очень глубоко — теплится надежда, что разработчик наконец-то одумается, и перестанет встраивать медленные многомегапиксельные матрицы в видеосъемочные гаджеты. Но, поразмыслив, понимаешь, что это из области фантастики. Так как маркетологи, у которых задача продавать, немедленно вмешаются в ситуацию с быстрыми матрицами, и заставят инженеров довести количество пикселей в датчиках до очередных космических величин. Продажи таких камер, конечно же, вырастут:

— Ого, гляди-ка, 100 мегапикселей! Дайте две!

Но что станет результатом подобного увеличения количества пикселей в быстрых матрицах? Правильно!

Источник

СМИ: Sony представят кинокамеру с глобальным затвором

Ряд источников опубликовали информацию о грядущих новинках от японских компаний Sony и Panasonic. По поводу нового устройства от Sony — анонс состоится в течение 2021 года.

Новая кинокамера Sony получит сенсор формата Super35 с глобальным затвором (Global Shutter). Источник уверен, что официальная презентация новинки должна состояться не позднее конца 2021 года.

При этом пока не совсем понятно — будет ли эта камера относиться к потребительскому сегменту или же она будет выпущена специализированно для дорогостоящих коммерческих проектов (как, например, Sony Venice).

В бюджетном сегменте кинокамер с глобальным затвором пока не выпускала ни одна из крупнейших компания — Sony, Canon, RED, ARRI и другие. Подобный функционал имеет RED Komodo (была анонсирована в октябре 2020 года).

Никаких технических данных по грядущей кинокамере от Sony с глобальным затвором и даже намеков на ее дизайн источником не сообщалось.

Что касаемо нового фотоаппарата от Panasonic, то в китайской социальной сети Weibo появилась информация о том, что следующая камера от Panasonic получит один из сенсоров с разрешением: 78-мегапикселей и считыванием 78 к/с либо 41-мегапиксель и считыванием 176 к/с. Что касаемо разрешения видео с озвученной частотой кадров — источник пока не сообщает таких данных.

Кстати, если вы пропустили, на Photar.ru была опубликована информация о том, что другую японскую компанию, а именно Fujifilm атаковали киберпреступники. Сообщается что сервера корпорации были атакованы хакерами извне. В настоящий момент ведется расследование по данному инциденту.

Компания Canon в свою очередь уже раскрыла часть характеристик будущего флагмана Canon EOS R3. Устройство получит продвинутую автофокусировку, расширенные возможности съемки видео и ряд других новых функций.

Последний анонс от Sony в сегменте кинокамер — Sony FX3. Детальный разбор этой кинокамеры публиковал Photar.ru:

Следите за новостями в наших социальных сетях

Источник

Global shutter vs Rolling shutter: подробный разбор

Rolling shutter (Скользящий затвор) и Global shutter (Глобальный затвор) описывают две различные последовательности, с помощью которых изображение может считываться с датчика CMOS. В режиме скользящего затвора различные линии массива экспонируются в разное время, когда считываемая «волна» проходит через датчик, тогда как в режиме глобального затвора каждый пиксель в датчике начинает и заканчивает экспозицию одновременно (схематично, это можно увидеть на рисунке 1).

Рисунок 1.Принцип действия.

Режим скользящего затвора (Rolling Shutter)

Режим скользящего затвора, по сути, означает, что смежные ряды массива экспонируются в несколько разное время, когда считываемые «волны» проходят через каждую половину датчика. То есть каждая строка будет начинать и заканчивать свою экспозицию, слегка смещенную по времени от соседней строки. При максимальной скорости считывания 560 МГц это смещение между выдержками в соседних рядах составляет 10 мкс. Механизм считывания показан на рисунке 1. С точки зрения показаний датчик разделен пополам по горизонтали, и каждый столбец считывается параллельно, строка за строкой. При съемке серии изображений с помощью Rolling Shutter можно работать в режиме непрерывного «перекрытия», в результате чего, после считывания каждой строки он сразу входит в следующую экспозицию. Это обеспечивает рабочий цикл на 100%, что означает, что между экспозициями не теряется время и, что еще важнее, не теряются фотоны. При максимальной частоте кадров для данной скорости считывания (например, 100 кадров в секунду при 560 МГц) датчик непрерывно считывает данные в режиме перекрытия, т. е. как только полоса считывания достигает верха и низа сенсора, он немедленно возвращается в центр чтобы прочитать следующую экспозицию.

Потенциальным недостатком режима скользящего затвора являются искажения и артефакты на изображении. Артефакты появляются в сценах с быстрыми объектами, или при быстром панорамировании. Очень заметен эффект при съемки транспортных средств типа автобусов или поездов, когда они проезжают мимо камеры наблюдения. В целом, чем быстрее движение в кадре, тем более заметен эффект.

Еще одним недостатком является то, что различные области экспонированного изображения не будут точно соотнесены во времени с другими областями, что может быть важно для некоторых видов использования. Последний и очень важный фактор заключается в том, что синхронизация (например, активация источника света или движение периферийного устройства) с показаниями затвора может быть затруднительной, а также может привести к более медленным циклам и частоте кадров по сравнению с достижимыми в глобальном затворе.

Режим глобального затвора (Global Shutter)

В режиме глобального затвора все пиксели массива экспонируются одновременно, что позволяет захватывать «стоп-кадр» быстро движущихся или быстро меняющихся событий. Глобальный затвор может быть сконфигурирован для работы в режиме непрерывного «перекрытия», при котором экспозиция может продолжаться, пока предыдущая экспозиция считывается из узлов считывания каждого пикселя. В этом режиме датчик имеет полный рабочий цикл 100%, что снова приводит к оптимальному временному разрешению и эффективности сбора фотонов. В течение всего этого цикла не существует периода «кратковременного» считывания, как в скользящем затворе. Важно отметить, что режим Global Shutter очень прост в синхронизации и часто дает более высокую частоту кадров, чем попытки синхронизации с Rolling Shutter с тем же временем экспозиции.

Сравнительная таблица плюсов и минусов

Рисунок 2.Съемка движущихся и вращающихся предметов (Global Shutter слева,Rolling Shutter справа).

В данный момент, подавляющее большинство камер используют CMOS-сенсоры со скользящим затвором. Поскольку сенсоры с роллинг-шаттером обеспечивают достаточно хорошие характеристики и позволяют снизить бюджет производителя, они в данный момент доминируют на рынке. Технология отработана и массово используется в самых различных устройствах. Эффект искажения на изображении при использовании камеры с роллинг-шаттером имеет достаточно большой разброс в разных сенсорах и как правило чем выше разрешение датчика изображения,тем более заметен этот эффект. Если сравнивать два идентичных сенсора, которые отличаются только способом считывания, то окажется, что глобальный затвор больше влияет на разогрев сенсора, снижает динамический диапазон и дает более шумное изображение, по сравнению с роллинг-шаттером, но в того же время обладает рядом существенных преимуществ по сравнению со скользящим затвором при съемке быстродвижущихся или вращающихся объектов (рисунок 2). Важно отметить, что сейчас можно разработать CMOS-сенсор с глобальным затвором таким образом, чтобы компенсировать различные негативные аспекты, однако расходы на разработку и изготовление таких матриц будут значительно выше.

Источник

Когда глобальный затвор доберется до фотоаппаратов?

Электронный глобальный затвор позволяет считывать сигнал с каждого пикселя на сенсоре независимо и одновременно со всеми остальными. В первую очередь глобальный затвор позволяет избавиться от эффекта Rolling Shutter.

Про глобальный затвор

Глобальный затвор уже есть у некоторых кинокамер:

Самый большой сенсор с электронным глобальным затвором использует кинокамера Canon C700 FF GS PL, у которой физический размер матрицы составляет 38.1 Х 20.1 мм, что по площади всего чуть меньше классического узкого формата для фотосъемки размером 36 Х 24 мм.

Рано или поздно электронный глобальный затвор доберется и до фотоаппаратов. Пока что его не внедряют в массовый сегмент фотоаппаратов из-за определенных ограничений, связанных с производством. А также, считается, что современные сенсоры с глобальным затвором уступают по динамическому диапазону и диапазону ISO подобным классическим решениям.

Глобальный затвор для беззеркальных камер – одно из последних внедрений будущего, которое еще как-то существенно может улучшить качество, удобство и надежность современных камер с механическим или электронно-механическим затвором.

Комментарии к этой заметке не требуют регистрации. Комментарий может оставить каждый. Для подбора разнообразной фототехники я рекомендую E-Katalog и Aliexpress.

Источник

Panasonic показали прототип 8К кинокамеры с глобальным затвором

Японская компания Panasonic в рамках проходящего мероприятия CBW Expo и выставки «Видеотехнологии 4К/8К» представила свою новую разработку – 35-мегапиксельный органический CMOS-сенсор формата Super35. Этот датчик поддерживает видосъемку в формате 8K в разрешении 8192×4320 точек.

Сообщается, что новый органический Super35 CMOS-сенсор от Panasonic имеет динамический диапазон в четыре раза выше, чем у обычных CMOS-сенсоров, при этом он имеет высокое разрешение 8K, а глобальный затвор также регулирует напряжение, подаваемое на органическую тонкую пленку, чтобы контролировать эффективность фотоэлектрического преобразования. Этого можно добиться с помощью контроля напряжения.

Кроме того, в рамках этой выставки был представлен и прототип 8K-видеокамеры, созданной с использованием этого нового органического Super35 сенсора.

Будет ли действительно выпущена данная кинокамера — пока неизвестно. Ее характеристики также не сообщаются.

Также напомню, что на сегодняшний день самой новой камерой от Panasonic стала недавно анонсированная модульная кинокамера Lumix BS1H. В новой модульной кинокамере Lumix BS1H установлен сенсор с разрешением 24-мегапикселя, а ее габариты всего 36×24 мм. Новинка получила двойное базовое (Native) ISO и позволяет вести запись видео в формате 6K, используя всю область полнокадрового сенсора.

Следите за новостями в наших социальных сетях

Источник