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为什么数码相机还需要机械快门

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楼主
  • 0pin008 老会员 虚线
  • 积分:6064 经验值:18607 帖子:405 精华:3 粉丝:525 地区:暂无 注册日期:2004-06-23
0银羽六级
1 2011-11-24 16:55:36

坦诚的说,写这段文字之后,还有好几个问题我并没有想清楚。但我也知道查不到资料空想完全是白搭,所以先贴出来,抛砖引玉,谁有了解的欢迎指正补足。


取消机械快门仅留电子快门会降低数码相机的成本、缩小体积、增长寿命、提高快门速度、减小快门和时滞。为什么今天的数码单反、单电、微单和大部分DC还要保留机械快门呢?显然是因为电子快门存在不足。


以前很多人认为机械快门可以创造完美的黑场,更好的帮助成像元件将电荷清零,了解本底噪声,从而提升信噪比,获得更好的成像。现在看来这种说法并不准确——多相机选择第一帘电子、第二帘机械的方式,显然没有归零之说,成像没有区别。我们的认识转到电子快门的原理上,这又与传感器的类型有关。



目前的成像元件分为CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体,实际上也是电荷耦合器件)。常见的CCD包括隔行传输型、全帧传输型和面传输型。

隔行传输的CCD纵向是一列光电二极管、一列移位寄存器间隔排列。光电二极管感光产生电荷,传输到旁边的移位寄存器,每一列移位寄存器依次接力,将电荷传输到CCD边缘,转换成电压,读取。这种情况下,每完成一次全部移位寄存器的读取,就是一次电子快门。因此隔行传输CCD是可以完全通过电子快门实现曝光的。

但是,在每一列移位寄存器传输电荷过程中,光电二极管实际上还在继续感光,如果有高光产生大电荷信号,仍然有一部分电荷会窜到传输中区,影响曝光结果。这就有可能产生纵向拖尾的虚假信号。增加一个机械快门便可以防止这种现象。当然,隔行传输的CCD的填充率(可感光面积)低,现在已经很少被用于中高端机型。

再来说全帧传输CCD,整个CCD的绝大部分面积都是光电二极管。这样它的填充率比隔行传输CCD要大不少,有更大的动态范围、更低的噪声和较高的灰级灵敏度。但由于没有移位寄存器这个中间读取环节,全帧传输CCD使用电子快门的难度大,一般都需要使用机械快门控制曝光。

再说面传输CCD,它相当于把隔行传输CCD的移位寄存器从光电二极管的旁面移到了底下,从而保证CCD的填充率与全帧传输CCD类似,拖尾现象小于隔行传输CCD。面传输CCD可以不用机械快门,但是面传输CCD需要双层结构,但也不能保证完全无拖尾。主要问题在于面传输CCD是上下两层的,成本几乎是其他CCD的两倍,如果画幅大的话成本更,且在读取速度上不如CMOS,因此没听说什么应用。



关于CMOS,先插几句题外话,几年前所有人都说CCD性能好,色彩表现优秀、曝光宽容度大,高端影像设备用CCD,低端设备用CMOS,只有Canon一开头就扎到CMOS上下注。这几年各厂商全都明白过来,CCD虽然天然性能好,但比不得CMOS能折腾,大尺寸高像素新结构高速率样样都更容易,因此大多倾向CMOS去了。

CMOS每一个光电二极管都有自己的放大器,直接通过电路传输电压信号。CMOS的电子快门大多采取滚动方式,即每一行的光电二极管依次曝光,依次读取。这与机械帘幕快门在高速下是一样的。这样做的好处是读取效率高,一边曝光一边读取,控制简单,容易实现高速率。但滚动快门会带来“果冻效应”——对于快速移动的物体,前后几行像素记录的位置不一样,造成倾斜、扭曲的影像。而且与帘幕快门一样,所有滚动快门都存在高速闪光不能同步的问题。

一旦增加机械快门,就可以改变这种问题。CMOS可以在黑暗的状态下清空电荷,机械快门打开后曝光或接受闪光曝光,机械快门关闭后依次读取信息,完全消除果冻现象。

其实,CMOS也可以使用全域快门,但显然控制比较复杂。且这种模式下,曝光和读取是分开的两个步骤,降低了连续读取的帧频,从而影响实时取景和视频拍摄。各个厂家都在追求高清视频拍摄和高速反差对焦,恐怕不太乐意选择这种方式。

  • 摄影器材爱好者
    +5分
  • *白水*
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  • 0tiamoc 初级会员 虚线
  • 积分:31 经验值:1554 帖子:11 精华:暂无 粉丝:1 地区:暂无 注册日期:2011-05-27
0铜羽三级
2 2011-11-24 16:58:10

又长见识了!!!

  • 0老切的妹妹 老会员 虚线
  • 积分:3892 经验值:13873 帖子:194 精华:31 粉丝:208 地区:暂无 注册日期:2009-05-15
0银羽六级
3 2011-11-24 17:31:52

赞同pin版的见解!

p.s.上次我因为讨论小光圈衍射问题,转了pin版的关于小光圈下数码相机CCD(或CMOS)产生衍射的光圈值会比在胶片时出现的早,例如F8就会开始了。。。,被这里的无知人士骂做是从野鸡网站转的野鸡文章,哈哈哈,笑死了。

  • 0jnnj007 老会员 虚线
  • 积分:1150 经验值:14316 帖子:1036 精华:2 粉丝:35 地区:吉林,吉林 注册日期:2010-01-25
0银羽六级
4 2011-11-24 17:38:33

问的好!机械快门甩的影像感应器上都是油点。。。

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通过镜头看世界
楼主
  • 0pin008 老会员 虚线
  • 积分:6064 经验值:18607 帖子:405 精华:3 粉丝:525 地区:暂无 注册日期:2004-06-23
0银羽六级
5 2011-11-24 17:44:20



我……好像……肯定……没说过……不会说……“数码相机产生衍射的光圈值会比在胶片时出现的早”这样的话……

小三角 3楼老切的妹妹

赞同pin版的见解!

p.s.上次我因为讨论小光圈衍射问题,转了pin版的关于小光圈下数码相机CCD(或CMOS)产生衍射的光圈值会比在胶片时出现的早,例如F8就会开始了。。。,被这里的无知人士骂做是从野鸡网站转的野鸡文章,哈哈哈,笑死了。

  • 0老切的妹妹 老会员 虚线
  • 积分:3892 经验值:13873 帖子:194 精华:31 粉丝:208 地区:暂无 注册日期:2009-05-15
0银羽六级
6 2011-11-24 17:50:06


哈哈,不是原话,是在你以前发布的一个讨论数码相机对光圈产生衍射值计算的一个文章里

小三角 5楼pin008

引用:
作者: 老切的妹妹
赞同pin版的见解!

p.s.上次我因为讨论小光圈衍射问题,转了pin版的关于小光圈下数码相机CCD(或CMOS)产生衍射的光圈值会比在胶片时出现的早,例如F8就会开始了。。。,被这里的无知人士骂做是从野鸡网站转的野鸡文章,哈哈哈,笑死了。


我……好像……肯定……没说过……不会说……“数码相机产生衍射的光圈值会比在胶片时出现的早”这样的话……

  • 0J.Lawrence 初级会员 虚线
  • 积分:62 经验值:646 帖子:25 精华:暂无 粉丝:2 地区:暂无 注册日期:2011-03-22
0铜羽三级
7 2011-11-24 18:36:40

支持针版

  • 0法号吉米字马克 中级会员 虚线
  • 积分:4804 经验值:3390 帖子:91 精华:68 粉丝:102 地区:暂无 注册日期:2011-09-25
0银羽四级
8 2011-11-24 18:54:37

说实话,真看不懂,版主你发错论坛了,建议你发到佳能或尼康研发论坛

  • 0Interns 初级会员 虚线
  • 积分:105 经验值:1446 帖子:30 精华:暂无 粉丝:0 地区:暂无 注册日期:2010-05-16
0铜羽三级
9 2011-11-24 19:08:42


。。。。。。。。。。。。。。。。

小三角 8楼法号吉米字马克

说实话,真看不懂,版主你发错论坛了,建议你发到佳能或尼康研发论坛

  • 0fozi007 初级会员 虚线
  • 积分:95 经验值:2266 帖子:59 精华:暂无 粉丝:1 地区:暂无 注册日期:2010-02-19
0银羽四级
10 2011-11-24 19:11:10

记得尼康d70和d70s就用机械快门和电子快门的结合。最快快门达到8000分之一秒。
但是由于电子快门的存在,在8000分之一秒的时候,左右很容易偏色。

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