浅谈机械快门和电子快门


今天,小编和大家浅谈一下机械快门和电子快门。
快门就是镜头前阻挡光线进入图像传感器,并控制光线进入时间的装置。分为机械快门和电子快门。

利用电磁阀,弹簧、凸轮、齿轮等机械结构来调节速度的快门,称为机械快门。而电子快门,是指不需要通过机械动作来进行开关的“门”,
它是利用了传感器感光系统不通电不工作的原理,通过电子电路而控制曝光量和曝光时间以达到“瞬间打开”的效果。
以前的胶片相机,数码相机,单反相机,几乎都搭载机械快门,没有电子快门;但是现在的数码微单相机,几乎都同时有机械快门和电子快门。
此次我们分别介绍单反相机,无镜单反相机以及智能手机相机的快门。

                                  

1,单反相机
单反相机,大致分如下两部执行拍摄。
  1)镜盒中的镜片上升,将光线路径从取景器切换到图像传感器(胶片相机的话,那就是胶片)
  2)图像传感器(或胶片)前面的快门窗帘移动,通过快门速度控制的时间进行曝光
当快门速度控制在1/500秒时,机械快门将严格控制图像传感器(或胶片)的曝光时间为1/500秒。
机械快门在单反相机上的应用示意图如下:

                                           
                                                                 不拍摄时,镜片如上图保持倾斜状态,进入的光线流入顶部的取景器           

                                                     
                                                              将镜片抬起时,可看到快门的帘幕,快门帘幕可在指定快门速度下进行开合控制

2,无镜单反相机

简单的说,没有镜片的动作,只有机械快门的动作。
将镜头取下后,如下图所示
无镜单反相机,光线始终射入图像传感器,在此生成的图像投射到显示屏或EVF上,因此快门通常处于打开状态。关闭快门时,快门帘幕首先关
闭,然后根据需要打开。

                                           
                                                                无镜单反平时快门处于打开状态,仅拍摄时快门按照设定快门速度进行关闭

从结构上来说,当电源打开时,图像传感器一直处于工作状态,在通电时总是工作,所以它比较费电。
通过比较单反相机和无镜单反相机可以发现,单反相机的快门声音更大,这是因为在单反相机的情况下,可以听到“镜子移动的声音”
和“快门声音”。相对来说,快门声音比镜子移动的声音要小很多。同时,镜子的上下移动也有其他不利的地方。

首先,很难提高连拍速度。 
在连续拍摄时,镜子都会快速地进行上下移动(否则取景器会变黑),因此,为了提高连拍速度,必须加快镜子的移动速度。
这种机械部分的性能提升会与成本挂关,因此旗舰相机和入门级相机的连拍速度完全不同。

其次,是称为“镜面冲击”的精细振动。
镜子会瞬间运动并迅速停止,因此它会产生振动。 其振动对相机抖动有微妙的影响。
我们未定量的测量过它,但感官上单反相机更容易抖动。
特别是价格低廉的,重量较轻的入门级相机,更容易抖动。 因为镜子冲击力对轻便的机型更容易震动。
而高端相机,它会通过结构设计来抑制了镜面冲击产生的振动,当然成本也会因此而提高;单反相机不论是高端机还是入门机,快门声音
完全不同,高端机器听起来更紧。

当你连续拍摄时,高端机器的快门声音是有节奏和舒适的。 而入门机则会发出不一样的声音。
每次新产品问世时,总会传出,快门声音好与不好的议论,但快门开合时的声音和传递到手的振动确实因型号而异。不同玩家的爱好各不相同,
因此也很难说哪个好,哪个不好。
即使是没有镜盒的无镜单反相机也是一样,虽然有快门构造,快门声音也会因型号而异。
最流行的是两枚黑色的帘幕连动的类型,称为“快门帘幕”,它们协同工作,并在设定好的时间内进行曝光(焦平面快门)。
通常快门帘幕比图像传感器尺寸要小,一般是快门帘幕动的时候,会产生声音。
快门速度方面,目前最高的有1/8000秒,入门级则一般使用1/2000秒到1/4000秒之间。

3,智能手机相机

智能手机相机的无快门的声音。
因为智能手机未搭载快门的机构,同时成本也比较低,也相机模组可以做薄。
同时图像传感器自身就拥有快门的功能,从而在没有快门机构的情况下,也可以进行拍摄。
这种快门叫做电子快门。
那么,不需要机械快门,只用电子快门,可以吗?
其答案是,使用电子快门,确实会降低成本,且无需机械部件,可实现高速拍摄,并且没有声音。
然而,他却也有两个主要缺点。

其一是“Rolling shutter(滚动快门)失真”。
CMOS 传感器的电子快门不是一次获取“整个屏幕”的数据,而是在从上到下逐行扫描将产生曝光时间差。
因此,当拍摄高速移动的物体时,就会变成如下所示的图片

                                          
                                           同样快门速度设定为1/2000秒,高速运动的电车也看似静止。上图为电子快门,下图为机械快门拍摄的图片

电子快门因为扫描时间延迟问题,所以图片看着像倾斜的。

其二是 因时间延迟衍生出的问题,即使用高速快门,在室内照明的条件下拍摄时,闪烁可能会反映在室内照明下,从而导致亮度不均的问题。
特别是日光灯会比较好理解,因为日光灯不是永远亮着的,而是细致闪烁的。
使用机械快门相机拍摄时,您可以控制光线照射的时间,但如果使用电子快门,因光纤的闪烁,会导致图像变得不均一。
作为参考,室内拍摄一般不会用1/500秒,1/1000秒,虽然根据不同光源有的也不会有该问题,但大多数会存在。

                                           
                                                          在日光灯下,快门速度1/500秒拍摄的照片,上图为电子快门,下图为机械快门相机拍摄

LED灯泡,也会发生类似问题
                                           
                                                           在LED灯牌下,快门速度1/1250秒拍摄的情况(上图为电子快门,下午为机械快门相机

这种现象在智能手机领域是被认可的,但作为仅仅拍摄的专业相机则不会被允许,所以通常专业相机会搭载机械快门。
事实上现在很多无镜单反相机同时配备“机械快门”和“电子快门”(根据不同产品,还有设定“静音模式”),上图也是使用无镜单反相机拍摄
一是能够无声地拍摄(虽然自动对焦时有电机声音)。
因快门产生的震动为零,不易发生手抖。 与单反相机相比,无镜单反相机更难抖动,但当快门速度变慢时,容易产生抖动
而电子快门则抖动会较少。

二是可提高快门速度。 根据图像传感器的性能,在高端机器上,机械快门可以达到 1/8000 秒,而电子快门可以快到 1/32000 秒。
机械快门是每秒 10 帧,但使用电子快门可以每秒 30 帧。
因此,电子快门在数码单反中就尤为重要了。