Warum haben DSLRs im Filmmodus einen Rolling Shutter anstelle eines Global Shutters?

Korrigiere mich, wenn ich falsch liege:

Wenn ich ein Bild mache, sammelt der Sensor die Lichtinformationen "als Ganzes" während der Belichtungszeit und speichert sie dann auf der Karte. Wenn ich einen Film mache, scannt der Sensor Zeile für Zeile und speichert dann das Bild auf der Karte.

Wenn dies korrekt ist, warum wechselt die Kamera dann beim Filmen vom Global Shutter (wie im Fotomodus) zum Rolling Shutter (Filmmodus)?

Natürlich muss es einen technischen Grund geben, aber warum sollte man sich die Mühe machen, einen Rollladen anstelle eines globalen Rollladens zu verwenden, was viel praktischer ist?

dslr rolling-shutter

— Andres
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Du liegst falsch. Wenn Sie ein Bild aufnehmen, scannt ein CMOS-Sensor Zeile für Zeile genauso wie beim Aufnehmen von Videos.

— Jay Lance Photography

Die Erklärungen sind nicht klar ... das alte Foto erklärt, warum der Film später aufgrund der Bewegung des physikalischen Verschlusses eine Aktion registriert, aber nicht, warum dies bei elektronischen Verschlüssen der Fall sein sollte, da das Problem in der Abfolge der Linienerfassung liegt. Ohne die Kapazität des Prozessors in den vorliegenden Kameramodellen im Vergleich zur Datenmenge zu kennen, würde ich annehmen, dass der Grund, warum der Sensor zeilenweise registriert, eine prozessorkapazitätbestimmte Technologie ist. Das heißt, wenn Prozessoren schnell genug werden, verschwindet der Rolling-Shutter-Effekt, weil die Kamera alle Zeilen gleichzeitig in jedem "Frame" registrieren kann.

@Terra: Siehe Jerry Coffins Antwort. Das Problem ist nicht die Prozessorleistung, sondern die Verkabelung .

— Mattdm

Ja, das Problem ist in der Tat ein Verdrahtungs- / physikalisches Layoutproblem. Ich denke, dies ist ein Bereich, der für CMOS-Sensoren verbessert wird. Um diese Zeit hat Canon im vergangenen Jahr einen 120-MP-APS-H-Sensor vorgestellt, der eine deutlich höhere Ausleserate aufweist als die größten modernen Sensoren, die heutzutage in Kameras vorhanden sind. Sie haben die technischen Details ihres Prototyps nicht veröffentlicht, gehen jedoch davon aus, dass sie die Verkabelung so umstrukturiert haben, dass mehr parallele Sensorauslesungen möglich sind als zuvor.

— jrista

Antworten:

In beiden Fällen erfolgt das eigentliche Ablesen vom Sensor zeilenweise. Dies geschieht (größtenteils) auf diese Weise, da dies ansonsten zu teuer wäre. Um alle Pixel parallel zu lesen, müsste für jedes Pixel eine separate Verbindung zwischen Sensor und Speicher hergestellt werden. 12 Millionen Verbindungen (zum Beispiel) vom Sensor zum Speicher wären entsetzlich teuer - und bieten fast nie einen wirklichen Nutzen.

Wie, warum es scheint ein Unterschied zwischen Film - Modus und Standbildmodus zu sein, es ist ziemlich einfach: im Standbildmodus, werden Sie einen physischen Verschluss verwendet wird , und das Auslesen aus dem Sensor Speicher passiert , wenn der Verschluss geschlossen ist. Wie @Matt Grum hervorhob, erzielen Sie aufgrund physikalischer Einschränkungen des Verschlusses immer noch einen ähnlichen Effekt über der X-Sync-Geschwindigkeit.

Der Grund, warum Sie den physischen Verschluss im Filmmodus nicht verwenden, sind dieselben physischen Einschränkungen. Während der Verschluss eine sehr kurze Belichtungszeit haben kann, gibt es eine Erholungszeit zwischen den Aktivierungen, so dass es schwierig wird, mehr als etwa 10 Bilder pro Sekunde zu erzielen. Das Erreichen der ungefähr 24 Bilder pro Sekunde, die für Videos benötigt werden, würde wiederum eine Menge Kosten mit wenig Nutzen verursachen. Daher bleibt im Filmmodus der physikalische Verschluss geöffnet und die Kamera verwendet stattdessen einen elektronischen Verschluss - und sobald dies der Fall ist, können Artefakte des zeilenweisen Auslesens vom Sensor zum Speicher sichtbar werden.

— Jerry Sarg
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Es ist also richtig zu sagen, dass der CMOS im Standbildmodus TEILWEISE als globaler Verschluss fungiert (da das gesamte Licht den Sensor als Ganzes ausleuchtet und dann, wenn kein Licht mehr auf ihn trifft, jede Zeile gelesen wird). ? Aber warum, wenn die Kamera einen elektronischen Verschluss verwendet (der, wie ich vermute, den Sensor ansteuert, wenn er lichtempfindlich sein muss), gibt es immer noch Verzerrungsartefakte? Ich meine, wenn der Sensor das Licht als Ganzes empfängt, dann trifft der elektronische Verschluss und dann werden die Linien gelesen, warum gibt es Rolling-Shutter-Artefakte?

— Andres

Weil es keinen Befehl zum "Ausschalten" der Lichtempfindlichkeit gibt. Es werden nur die Daten aus einer Zelle gelesen, wodurch die Ladung in dieser Zelle aufgebraucht wird.

— Jerry Coffin

Es könnte ein bisschen helfen (oder verwirren), wenn Sie denken, dass Licht = Regen und ein Pixel = Eimer. Und bei einem CMOS-Sensor besteht die einzige Möglichkeit, zu überprüfen, wie viel Wasser sich in jedem Eimer befindet, darin, den Eimer zu leeren. Sie können die Eimer nur einzeln leeren, und es regnet die ganze Zeit. Der "Filmmodus" bedeutet einfach, dass Sie im Regen herumlaufen und die Eimer leeren. Der "Fotomodus" ist anders: Stellen Sie zuerst eine Abdeckung über Ihrem Eimerfeld auf; dann gehst du umher und leerst jeden Eimer; dann nehmen Sie die Abdeckung für eine Weile ab und setzen sie wieder auf ("Belichtung"); dann leeren Sie jeden Eimer und messen sie.

— Jukka Suomela

@Jukka Suomela: Schöne Analogie, bis auf einen kleinen Punkt: Es kann tatsächlich eine ganze "Reihe von Eimern" auf einmal leeren, nicht nur eine.

— Jerry Coffin

Lässt es anstrengend klingen, im Regen herumzulaufen und Eimer zu leeren.

— Nick Bedford

Wenn Sie ein Foto aufnehmen, haben Sie einen physischen Verschluss, der das auf den Sensor treffende Licht steuert. Das Bild wird beim Aufnehmen von Standbildern weiterhin zeilenweise gelesen, aber aufgrund des Schließens des physischen Verschlusses wird beim Auslesen kein zusätzliches Licht aufgezeichnet.

Das zeilenweise Auslesen ist eine Folge des CMOS-Designs großer Sensorkameras und daher unvermeidlich (bis sie einen Weg finden, billigere / größere CCDs herzustellen).

Es ist zu beachten, dass bei Verschlusszeiten, die kürzer als die X-Sync-Geschwindigkeit der Kamera sind (normalerweise 1 / 250s), der Verschluss unten schließt, bevor er oben vollständig geöffnet ist. Das Ergebnis ist, dass Sie für sehr schnelle Geschwindigkeiten wie 1 / 4000s einen Schlitz erhalten, der den Rahmen durchquert und Ihnen einen ähnlichen Rolling-Shutter-Effekt für Standbilder verleiht. Da die Zeit zum Durchlaufen des Bildes durch den Verschluss (1 / 250s) zehnmal schneller ist als die Zeit zum Lesen des Sensors während des Videos (1 / 25s), benötigen Sie ein sich wirklich schnell bewegendes Objekt, um es zu bemerken.

Hier ist ein sehr altes Foto, das den Effekt gut demonstriert:

Der Effekt macht sich auch in Videos bemerkbar, wenn Sie hin und her schwenken, was bei Standbildern nicht der Fall ist.

— Matt Grum
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Uhmmmm, was ist mit 1 Sekunde langen (oder mehr) Belichtungen? Nimmt der Sensor mehr Zeit in Anspruch, um jede Zeile zu lesen, oder liest er die Zeilen erneut, wenn er auf den Boden trifft?

— Andres

@Nick Sie haben gerade darauf hingewiesen, warum die Verschlusszeiten bei (Nicht-HSS-) Blitzlicht begrenzt sind: Der Verschluss kann bei Belichtungen von ca. 1/250 s oder länger (je nach Kamera) vollständig geöffnet sein, bei kürzeren Belichtungen jedoch Der gesamte Sensor ist zu keinem Zeitpunkt belichtet.

— Whuber

@Nick nur bei Geschwindigkeiten über 1 / 250s tastet der Verschluss das Bild ab, bei 1 / 200s wird der gesamte Sensor belichtet, wodurch der Blitz mit dieser Geschwindigkeit aktiviert wird

— Matt Grum

@Andres: Wenn Sie Standbilder aufnehmen, wird das Bild nach dem Schließen des Verschlusses gescannt. Bei einer Belichtung von 1 Sekunde wird der Verschluss 1 Sekunde lang geöffnet, dann geschlossen und das gesamte Bild in ca. 1 / 25s gescannt.

— Matt Grum

@matt Ich weiß, ich habe meinen Fehler erkannt und den Kommentar gelöscht! Dies erklärt jedoch nicht, warum der Auslöser im Videomodus rollen muss - warum kann die Kamera dann nicht das gesamte Bild erfassen?

— NickM

Möglicherweise finden Sie diesen Link nützlich:

http://www.dvxuser.com/jason/CMOS-CCD/ (von Barry Green / via @ SFGPhoto)

Es ist ein CMOS-Kompromiss: Wärme, Strom, langsamere Bildwiederholfrequenz, billiger als CCD. CCDs sind schneller, benötigen aber mehr Energie und kosten mehr ...

Nach meinem Grundverständnis der Chipherstellung werden Bildsensoren und -prozessoren mit ähnlichen Technologien hergestellt. Die Prozessorherstellung begünstigt das Schrumpfen: kleiner = billiger. Aber Fotografen wollen GROSSE Sensoren. Beides geht nicht, ohne dass es viel mehr kostet. Das Packen von vielen Pixeln in einen Sensor kann zu gut sein (weniger Licht usw.).

@mogwailun

Aber warum wird im Fotomodus das Licht als Ganzes und im Videomodus Zeile für Zeile gelesen? Der Artikel erklärt die Unterschiede zwischen "Rollen" und "Global", aber ich kann den Wechsel zwischen "Foto" und "Film" nicht verstehen.

— Andres

@Andres, das Bild wird im Fotomodus immer noch zeilenweise gelesen, man merkt es einfach nicht!

— Matt Grum