Rolling shutter (також — ро́лінг-ша́тер, послідо́вний затво́р) — це метод отримання зображення, при якому кожен кадр записують не як миттєвий знімок, а радше як сканування, зчитування площини кадру, рядок за рядком — або вертикально, або горизонтально. Іншими словами, не всі частини зображення буде записано в той самий момент, незважаючи на те, що вихідний знімок пізніше, під час перегляду, буде відображено як єдине ціле — в одній світлині.
Таким чином також відбувається створення передбачуваних дисторсій (оптичних викривлень) при зніманні об'єктів, що рухаються дуже швидко, або коли сенсор вловлює швидкі спалахи світла. Цей спосіб контрастує із застосуванням іншого поширеного методу — «global shutter» («глобальний затвор»), при якому відбувається зчитування всього кадру в той самий момент.
Характеристика ефекту rolling shutter
Метод «rolling shutter» виконується шляхом «прокручування» (англ. rolling) щілини затвора (по суті — порядкове зчитування світлової інформації) вздовж площини світлочутливого сенсора, на яку в цей момент відбувається експонування, замість того, щоб зчитувати інформацію зі всієї площини кадру в один і той же момент часу. Затвор може бути або (механічним), або (електронним). Перевагою такого методу є те, що сенсор зображення може продовжувати вбирати фотони світла протягом всього процесу експонування, таким чином збільшуючи світлочутливість. Такі затвори використовуються в багатьох аналогових фотокамерах — практично всі SLR-камери використовують «rolling shutter» для виконання знімків при коротших витримках — так само працюють і цифрові фото- та відеокамери, в яких використовуються КМОН-сенсори. Сам ефект найбільш помітний при зйомці в екстремальних умовах руху або при швидких спалахах світла. В той час як деякі КМОН-сенсори працюють лише на повнокадровому (глобальному, «global shutter») затворі, більшість з тих, які знаходяться на користувацькому ринку, використовують метод «rolling shutter».
ПЗЗ-сенсори (пристрої із зарядовим зв'язком) є альтернативою КМОН-сенсорам. ПЗЗ зазвичай використовують той тип затвора, який називають «глобальним» («global shutter»), завдяки якому виконуються знімки, що відображають цілісну візуальну сцену в єдиний момент часу і не потерпають від подібних цифрових артефактів руху.
Таким чином, в сучасних фотокамерах використовуються два основні типи електронних сенсорів, які мають назви «rolling shutter» та «global shutter». Основна їхня відмінність полягає в різному способі зчитування інформації: система «global shutter» зчитує інформацію зі всієї площини сенсора, а «rolling shutter» — зчитує інформацію з почергових рядків пікселів сенсора, зазвичай зверху донизу. Це й стає причиною викривлень на знімках, подібних до тих, які спричинялися у плівкових камерах із двошторковими затворами. Як було сказано вище, КМОН-сенсори зазвичай використовують систему «rolling shutter», а ПЗЗ-сенсори — «global shutter», хоча буває й навпаки.
Стартап «InVisage» розробив принципово новий сенсор » на базі квантових точок. Сенсор «Quantum Film» працює за принципом «global shutter», і також є ефективнішим при захопленні світла (захоплення 90–95% світла, що потрапляє на сенсор), ніж традиційні кремнієві чипи давачів зображення, даючи сенсору високу чутливість в умовах низької освітленості, а також більш високий динамічний діапазон.
Види дисторсій
Затвори типу «rolling shutter» можуть стати причиною наступних візуальних ефектів:
- Коливання (англ. wobble). Цей феномен (також відомий як ефект желе) — найпритаманніший знімкам, виконаним «з руки» при налаштуваннях для телефотозйомки, і найяскравіше проявляється при тремтінні камери — наприклад, якщо вона прикріплена до якогось транспортного засобу, а знімок виконаний під час його руху. В таких умовах затвор типу «rolling shutter» спричиняє появу знімків, на яких зображення наче коливається — лінії вигнуті неприродно й дивно.
- Перекіс (англ. skew). Зображення вигинається діагонально в тому чи іншому напрямку, залежно від того, в який бік рухається об'єкт, зображений на фотознімку, причиною чого є різний час експонування різних частин кадру. По суті, «перекіс» — це дуже незначний прояв феномену «коливання», описаного вище.
- Розмазування (англ. smear). Цей ефект можна з легкістю відтворити за допомогою фотокамери мобільного телефону та звичайного вентилятора/пропелера. Розмазування кожної лопаті спричинено тим, що пропелер рухається з тією ж швидкістю, з якою світлова інформація зчитується камерою з сенсора. Якщо знімок зроблений прямо перпендикулярно до вентилятора, який обертався за годинниковою стрілкою, лопаті зліва будуть виглядати тоншими ніж зазвичай, в той час як лопаті справа виглядатимуть товстішими, можливо навіть що на зображенні вони не будуть з'єднані у центрі.
- Часткова експозиція (англ. partial exposure). Якщо для виконання знімку використовувати фотоспалах, то його швидкоплинне світло може спрацювати лише для декількох рядків пікселів кадру. Наприклад, ⅓ верхня частина зображення може бути яскраво освітлена фотоспалахом, в той час як нижніх ⅔ зображення — темні та зовсім неосвітлені, оскільки час, потрібний для спрацьовування фотоспалаху був набагато коротшим, аніж час, потрібен для зчитування інформації КМОН-сенсором. Різниця між такими двома відмінними частинами зображення може виглядати досить дивно. Схожі проблеми виникають і з мигалками автомобілів аварійних служб, із певними типами флуоресцентного освітлення, або ж у будь-яких інших екстремальних ситуаціях, в яких наявні швидкий рух об'єктів або дуже швидкі спалахи світла — швидші, аніж час, потрібен для виконання знімка (порядкового зчитування інформації КМОН-сенсором).
- Просторовий та темпоральний аліасинг.
Такі властивості систем типу «rolling shutter» можуть спричинити значні труднощі при фільмуванні з використанням візуальних ефектів. У кінематографі процес допасування руху ( дозволяє отримати перспективу для візуальної сцени, яка базується на єдиному моменті часу, але виконання цього процесу ускладнюється для сенсорів, які використовують «rolling shutter», оскільки вони записують декілька дуже коротких моментів часу в єдиному кадрі. У цілому, результат залежить від швидкості зчитування сенсором світлової інформації, а також від того, зйомка якого типу сцени відбувається (якщо в ній чимало рухомих об'єктів — дисторсії будуть сильнішими); емпіричне правило в цьому випадку свідчить про те, що високоякісні кінокамери матимуть вищі швидкості зчитування, а тому — й цифрові артефакти під впливом «rolling shutter» в них проявлятимуться слабше, аніж у низькоякісних кінокамерах.
- Симуляція ефекту «rolling shutter» на диску, який обертається. Мала кількість рядків створює враження зубчастих ліній; в дійсності ж при експонуванні таких рядків набагато більше, тому й дисторсія на зображенні має набагато рівніші лінії.
- Анімований варіант зображення зліва
Див. також
Примітки
- (англ.) (PDF). Motionvideoproducts. Архів оригіналу (PDF) за 15 лютого 2012. Процитовано 22 грудня 2011.
- (англ.)Shutter Operations for CCD and CMOS Image Sensors [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.] Kodak
- (англ.) (PDF). Eric Fossum. 13 листопада 2013. Архів оригіналу (PDF) за 7 вересня 2012. Процитовано 13 листопада 2013.
- (англ.). Bhphotovideo.com. Архів оригіналу за 8 січня 2014. Процитовано 21 серпня 2010.
- (англ.). Архів оригіналу за 8 січня 2014. Процитовано 8 січня 2014.
- (англ.). Dpreview. Архів оригіналу за 18 січня 2016. Процитовано 11 листопада 2015.
Посилання
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Rolling shutter |
- Лопаті гвинта літака — ефект «rolling shutter» (youtube) [ 19 листопада 2013 у Wayback Machine.]
- Струни бас-гітари — ефект «rolling shutter» (vimeo) [ 8 січня 2014 у Wayback Machine.]
- 3D rendering explaining how a rolling shutter produces the strange propeller airplane effect [ 4 листопада 2013 у Wayback Machine.](англ.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Rolling shutter takozh ro ling sha ter poslido vnij zatvo r ce metod otrimannya zobrazhennya pri yakomu kozhen kadr zapisuyut ne yak mittyevij znimok a radshe yak skanuvannya zchituvannya ploshini kadru ryadok za ryadkom abo vertikalno abo gorizontalno Inshimi slovami ne vsi chastini zobrazhennya bude zapisano v toj samij moment nezvazhayuchi na te sho vihidnij znimok piznishe pid chas pereglyadu bude vidobrazheno yak yedine cile v odnij svitlini Svitlina avtomobilya v rusi vikonana za dopomogoyu kameri iz KMON sensorom u mobilnomu telefoni Priklad efektu perekosu Efekt zhele Znimok vikonanij za dopomogoyu fotokameri telefona sho nim silno trusili Fotografiya sho demonstruye efekt chastkovoyi ekspoziciyi Umovi zminilisya v procesi vikonannya znimku pomizh eksponuvannyami verhnoyi ta nizhnoyi chastini zobrazhennya Foto gelikoptera modeli Eurocopter Zauvazhte sho lopati motora nache vignuti nazad bilshoyu nizh zazvichaj miroyu sho naspravdi ye naslidkom efektu perekosu Fotoznimok turbogvintovogo propelera z efektom rozmazuvannya na nomu Takim chinom takozh vidbuvayetsya stvorennya peredbachuvanih distorsij optichnih vikrivlen pri znimanni ob yektiv sho ruhayutsya duzhe shvidko abo koli sensor vlovlyuye shvidki spalahi svitla Cej sposib kontrastuye iz zastosuvannyam inshogo poshirenogo metodu global shutter globalnij zatvor pri yakomu vidbuvayetsya zchituvannya vsogo kadru v toj samij moment Harakteristika efektu rolling shutterMetod rolling shutter vikonuyetsya shlyahom prokruchuvannya angl rolling shilini zatvora po suti poryadkove zchituvannya svitlovoyi informaciyi vzdovzh ploshini svitlochutlivogo sensora na yaku v cej moment vidbuvayetsya eksponuvannya zamist togo shob zchituvati informaciyu zi vsiyeyi ploshini kadru v odin i toj zhe moment chasu Zatvor mozhe buti abo mehanichnim abo elektronnim Perevagoyu takogo metodu ye te sho sensor zobrazhennya mozhe prodovzhuvati vbirati fotoni svitla protyagom vsogo procesu eksponuvannya takim chinom zbilshuyuchi svitlochutlivist Taki zatvori vikoristovuyutsya v bagatoh analogovih fotokamerah praktichno vsi SLR kameri vikoristovuyut rolling shutter dlya vikonannya znimkiv pri korotshih vitrimkah tak samo pracyuyut i cifrovi foto ta videokameri v yakih vikoristovuyutsya KMON sensori Sam efekt najbilsh pomitnij pri zjomci v ekstremalnih umovah ruhu abo pri shvidkih spalahah svitla V toj chas yak deyaki KMON sensori pracyuyut lishe na povnokadrovomu globalnomu global shutter zatvori bilshist z tih yaki znahodyatsya na koristuvackomu rinku vikoristovuyut metod rolling shutter PZZ sensori pristroyi iz zaryadovim zv yazkom ye alternativoyu KMON sensoram PZZ zazvichaj vikoristovuyut toj tip zatvora yakij nazivayut globalnim global shutter zavdyaki yakomu vikonuyutsya znimki sho vidobrazhayut cilisnu vizualnu scenu v yedinij moment chasu i ne poterpayut vid podibnih cifrovih artefaktiv ruhu Takim chinom v suchasnih fotokamerah vikoristovuyutsya dva osnovni tipi elektronnih sensoriv yaki mayut nazvi rolling shutter ta global shutter Osnovna yihnya vidminnist polyagaye v riznomu sposobi zchituvannya informaciyi sistema global shutter zchituye informaciyu zi vsiyeyi ploshini sensora a rolling shutter zchituye informaciyu z pochergovih ryadkiv pikseliv sensora zazvichaj zverhu donizu Ce j staye prichinoyu vikrivlen na znimkah podibnih do tih yaki sprichinyalisya u plivkovih kamerah iz dvoshtorkovimi zatvorami Yak bulo skazano vishe KMON sensori zazvichaj vikoristovuyut sistemu rolling shutter a PZZ sensori global shutter hocha buvaye j navpaki Startap InVisage rozrobiv principovo novij sensor na bazi kvantovih tochok Sensor Quantum Film pracyuye za principom global shutter i takozh ye efektivnishim pri zahoplenni svitla zahoplennya 90 95 svitla sho potraplyaye na sensor nizh tradicijni kremniyevi chipi davachiv zobrazhennya dayuchi sensoru visoku chutlivist v umovah nizkoyi osvitlenosti a takozh bilsh visokij dinamichnij diapazon Vidi distorsijZatvori tipu rolling shutter mozhut stati prichinoyu nastupnih vizualnih efektiv Kolivannya angl wobble Cej fenomen takozh vidomij yak efekt zhele najpritamannishij znimkam vikonanim z ruki pri nalashtuvannyah dlya telefotozjomki i najyaskravishe proyavlyayetsya pri tremtinni kameri napriklad yaksho vona prikriplena do yakogos transportnogo zasobu a znimok vikonanij pid chas jogo ruhu V takih umovah zatvor tipu rolling shutter sprichinyaye poyavu znimkiv na yakih zobrazhennya nache kolivayetsya liniyi vignuti neprirodno j divno Perekis angl skew Zobrazhennya viginayetsya diagonalno v tomu chi inshomu napryamku zalezhno vid togo v yakij bik ruhayetsya ob yekt zobrazhenij na fotoznimku prichinoyu chogo ye riznij chas eksponuvannya riznih chastin kadru Po suti perekis ce duzhe neznachnij proyav fenomenu kolivannya opisanogo vishe Rozmazuvannya angl smear Cej efekt mozhna z legkistyu vidtvoriti za dopomogoyu fotokameri mobilnogo telefonu ta zvichajnogo ventilyatora propelera Rozmazuvannya kozhnoyi lopati sprichineno tim sho propeler ruhayetsya z tiyeyu zh shvidkistyu z yakoyu svitlova informaciya zchituyetsya kameroyu z sensora Yaksho znimok zroblenij pryamo perpendikulyarno do ventilyatora yakij obertavsya za godinnikovoyu strilkoyu lopati zliva budut viglyadati tonshimi nizh zazvichaj v toj chas yak lopati sprava viglyadatimut tovstishimi mozhlivo navit sho na zobrazhenni voni ne budut z yednani u centri Chastkova ekspoziciya angl partial exposure Yaksho dlya vikonannya znimku vikoristovuvati fotospalah to jogo shvidkoplinne svitlo mozhe spracyuvati lishe dlya dekilkoh ryadkiv pikseliv kadru Napriklad verhnya chastina zobrazhennya mozhe buti yaskravo osvitlena fotospalahom v toj chas yak nizhnih zobrazhennya temni ta zovsim neosvitleni oskilki chas potribnij dlya spracovuvannya fotospalahu buv nabagato korotshim anizh chas potriben dlya zchituvannya informaciyi KMON sensorom Riznicya mizh takimi dvoma vidminnimi chastinami zobrazhennya mozhe viglyadati dosit divno Shozhi problemi vinikayut i z migalkami avtomobiliv avarijnih sluzhb iz pevnimi tipami fluorescentnogo osvitlennya abo zh u bud yakih inshih ekstremalnih situaciyah v yakih nayavni shvidkij ruh ob yektiv abo duzhe shvidki spalahi svitla shvidshi anizh chas potriben dlya vikonannya znimka poryadkovogo zchituvannya informaciyi KMON sensorom Prostorovij ta temporalnij aliasing Taki vlastivosti sistem tipu rolling shutter mozhut sprichiniti znachni trudnoshi pri filmuvanni z vikoristannyam vizualnih efektiv U kinematografi proces dopasuvannya ruhu dozvolyaye otrimati perspektivu dlya vizualnoyi sceni yaka bazuyetsya na yedinomu momenti chasu ale vikonannya cogo procesu uskladnyuyetsya dlya sensoriv yaki vikoristovuyut rolling shutter oskilki voni zapisuyut dekilka duzhe korotkih momentiv chasu v yedinomu kadri U cilomu rezultat zalezhit vid shvidkosti zchituvannya sensorom svitlovoyi informaciyi a takozh vid togo zjomka yakogo tipu sceni vidbuvayetsya yaksho v nij chimalo ruhomih ob yektiv distorsiyi budut silnishimi empirichne pravilo v comu vipadku svidchit pro te sho visokoyakisni kinokameri matimut vishi shvidkosti zchituvannya a tomu j cifrovi artefakti pid vplivom rolling shutter v nih proyavlyatimutsya slabshe anizh u nizkoyakisnih kinokamerah Simulyaciya efektu rolling shutter na disku yakij obertayetsya Mala kilkist ryadkiv stvoryuye vrazhennya zubchastih linij v dijsnosti zh pri eksponuvanni takih ryadkiv nabagato bilshe tomu j distorsiya na zobrazhenni maye nabagato rivnishi liniyi Animovanij variant zobrazhennya zlivaDiv takozhCifrovi artefaktiPrimitki angl PDF Motionvideoproducts Arhiv originalu PDF za 15 lyutogo 2012 Procitovano 22 grudnya 2011 angl Shutter Operations for CCD and CMOS Image Sensors 4 bereznya 2016 u Wayback Machine Kodak angl PDF Eric Fossum 13 listopada 2013 Arhiv originalu PDF za 7 veresnya 2012 Procitovano 13 listopada 2013 angl Bhphotovideo com Arhiv originalu za 8 sichnya 2014 Procitovano 21 serpnya 2010 angl Arhiv originalu za 8 sichnya 2014 Procitovano 8 sichnya 2014 angl Dpreview Arhiv originalu za 18 sichnya 2016 Procitovano 11 listopada 2015 PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Rolling shutter Lopati gvinta litaka efekt rolling shutter youtube 19 listopada 2013 u Wayback Machine Struni bas gitari efekt rolling shutter vimeo 8 sichnya 2014 u Wayback Machine 3D rendering explaining how a rolling shutter produces the strange propeller airplane effect 4 listopada 2013 u Wayback Machine angl