پدیده ROlling shutter چیست؟
پدیده ROlling shutter چیست؟ شاتر یک جزء معمولی یک دوربین است، خواه مکانیکی یا الکترونیکی. برای دوربین های علمی، نمونه مکانیکی معمولاً کند هستند و به عنوان یک قطعه متحرک اغلب در معرض تعمیر و نگهداری هستند، در Teledyne Photometrics دوربین های علمی CCD، EMCCD و CMOS از بخش الکترونیکی آن استفاده می کنند. با این حال، روشی که هر فرمت سنسور دوربین سیگنال را از پیکسل های داده شده می خواند، می تواند متفاوت باشد، با دو روش اصلی شاتر جهانی و شاتر نورد. این مقاله به معرفی و تشریح پدیده ROlling shutter می پردازد.
ROlling shutter
همه چیز در رابطه با پدیده ROlling shutter
در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که پس از اینکه یک دوربین شاتر سراسری در معرض سیگنال یک نمونه قرار گرفت، تمام پیکسل های حسگر به طور همزمان خوانده می شوند، از این رو اصطلاح شاتر سراسری برای این فرایند، نامیده می شود. این بدان معنی است که تصاویر به دست آمده از دوربین های دارای این سنسورها، عکس های فوری از یک نقطه از زمان هستند. این فرایند همگام سازی، قرار گرفتن در معرض دوربین با فعال سازی منبع نور با استفاده از محرک های سخت افزاری است. زیرا قرار گرفتن در معرض یک عامل در سراسر سنسور اتفاق می افتد. دوربین های CCD و EMCCD معمولاً از شاترهای سراسری استفاده می کنند و می توانند به عنوان دستگاه های تصویربرداری “فول فریم” عمل کنند.
با این حال، در حالی که این حالت شاتر هیچ تفاوت زمانی در سراسر تصویر ندارد، لذا بازخوانی آن معمولاً کند است، به ویژه در هنگام استفاده از CCD/EMCCD با شاترهای سراسری، زیرا این فناوری ها در سرعت بازخوانی خود به دلیل داشتن تنها یک مبدل آنالوگ به دیجیتال محدود هستند. هرچه تعداد پیکسل های بیشتری روی سنسور برای انتقال وجود داشته باشد، سرعت کل فریم کمتر می شود، حتی اگر بتوان کل فریم را به یکباره گرفت. علاوه بر این، شاتر سراسری می تواند منجر به افزایش نویز خواندن، نرخ فریم محدود و چرخههای کاری طولانیتر برای دوربین شود.
پیکسل های حسگر
- شاتر غلتکی
در حالی که شاتر سراسری کل سنسور را همزمان می خواند، برخی از سنسورهای دوربین در هنگام قرار گرفتن در معرض، ردیف به ردیف بازخوانی می کنند و بازخوانی در ردیف های سنسور دوربین به سمت پایین می چرخد، به همین دلیل است که این روش به عنوان شاتر غلتکی شناخته می شود. خواندن هر ردیف زمان مشخصی را می طلبد (مثلاً 10 میکروثانیه)، که به عنوان “زمان خط” شناخته می شود، به این معنی که تصویر حاصل دارای تاخیر زمانی کمی بین هر ردیف است. اگر دوربینی با شاتر نورد 2048 ردیف داشته باشد (مانند یک سنسور معمولی CMOS 2048 x 2048)، به این معنی است که ردیف بالا در زمان 0 خوانده می شود، در حالی که ردیف پایین 2.048 میلی ثانیه بعد خوانده می شود (10 میکرو ثانیه ضرب در 2048 ردیف)، این به عنوان “زمان فریم” شناخته می شود. این تأخیر زمانی کوچک میتواند در حسگرهای بزرگ جمع شود، که باید هنگام تصویربرداری از نمونه های بسیار سریع در نظر گرفته شود.
- شاتر نورد
در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که هنگام تصویربرداری از اجسام متحرک یا حرکت دوربین در حین اکتساب، دوربین ها در معرض برخی از مصنوعات تصویربرداری مانند تاری حرکت هستند، بهویژه زمانی که از زمان های نوردهی طولانی استفاده می کنند. اما برای دوربین های کرکره ای، اگر حرکت نمونه یا دوربین در مقیاسی مشابه زمان فریم رخ دهد، می توان یک مصنوع اضافی را معرفی کرد. اگر یک CMOS زمان فریم 10 میلی ثانیه داشته باشد و نمونه در طول این 10 میلی ثانیه در کل فریم حرکت کند، می تواند «مصنوعات شاتر نورد» را معرفی کند. با این حال، حرکت نمونه اغلب در فواصل بسیار کوچکتر است، مانند چند ردیف پیکسل، و از آنجایی که هر خط بسیار سریع خوانده می شود (مثلاً 10 میکرو ثانیه)، این حرکت به راحتی ثبت می شود.
در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که جلوه شاتر نورد را می توان با طراحی الکترونیکی ظریف کاهش داد، در Teledyne Photometrics دوربین های CMOS جدیدتر ما مانند Kinetix زمان خط بسیار سریع تری دارند تا تاخیر زمانی را کاهش دهند و امکان تصویربرداری با سرعت بالا از نمونه های پویا و سریع را فراهم کنند.
با این اوصاف، هنگام استفاده از شاتر سراسری، که ممکن است برای کاربردهای خاص کلیدی باشد، می توان از این مصنوعات کاملاً اجتناب کرد. با این حال، از آنجایی که مصنوع شاتر نورد عمدتاً فقط یک مشکل برای نمونههای پرسرعت است، و سریع ترین دوربین های موجود در بازار معمولاً دوربین های CMOS هستند، به نظر می رسد مفهوم CMOS شاتر جهانی ترکیب خوبی برای تصویربرداری با سرعت بالا باشد. با این حال، دوربین های CMOS شاتر جهانی بسیار کمیاب تر از دوربین های CMOS کرکرهای هستند، اکثریت قریب به اتفاق دوربین های DSLR و دوربین های گوشی های هوشمند دارای CMOS شاتر غلتکی هستند.
شاتر نورد
نکات قابل توجه در بررسی پدیده ROlling shutter
پدیده ROlling shutter راهی است که اکثر DSLR ها فیلمبرداری می کنند. در 95٪ مواقع واقعاً مهم نیست که چه نوع شاتری برای فیلمبرداری استفاده می شود، در 5٪ دیگر بسیار مهم است. در ادامه به تفکیک و توضیح اینکه Rolling Shutter چیست و چرا از آن استفاده می شود و کوارک های آن چیست.
شاتر نورد که معمولاً در سنسورهای CMOS یافت می شود، روشی برای گرفتن تصویر است که کل سنسور را به طور همزمان در معرض دید قرار نمی دهد، بلکه قسمت های مختلف سنسور را در زمان های مختلف در معرض دید قرار می دهد.
Total Shutter همانطور که ما به طور شهودی در مورد شاتر فکر می کنیم عمل می کند. هیچ نوری به سنسور برخورد نمی کند، سپس نور برای مدت کوتاهی (مثلاً 1/10 ثانیه) به کل آرایه سنسور برخورد می کند، سپس سنسور دوباره مسدود می شود. کل سنسور همان لحظه را در زمان ثبت می کند.
در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که ROlling shutter کمی متفاوت عمل می کند. تصور کنید شکافی از بالا به پایین در سراسر سنسور حرکت می کند و هر قسمت از سنسور را برای همان مدت زمان کوتاه (1/10 ثانیه) در معرض دید قرار می دهد. اما، از آنجایی که شکاف در حال حرکت است، قسمت بالای سنسور و قسمت پایین سنسور در حال ثبت لحظات مختلف در زمان هستند. اکنون، این یک شاتر فیزیکی واقعی نیست که در سراسر قاب حرکت می کند، بلکه حسگر به قسمت های مختلف آن می گوید که نور را جمع آوری کنند.
پدیده ROlling shutter
دلایل اهمیت پدیده ROlling shutter
در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که به طور کلی، سنسورهای CCD از شاتر توتال و سنسورهای CMOS از شاتر نورد استفاده می کنند. در حالی که دلایل زیادی برای تولیدکنندگان دوربین وجود دارد که یک نوع سنسور را بر دیگری انتخاب کنند – سرعت پردازش، مصرف انرژی، هزینه، پیچیدگی و موارد دیگر، سنسورهای CMOS (که از روش شاتر نورد استفاده میکنند) تمایل دارند تصویر را سریع تر ارائه دهند و در نتیجه آن را پاکسازی کنند.
ممکن است این مشکل در عکس های ثابت نباشد، اما در انتخاب نوع سنسور برای فیلمبرداری فاکتور بزرگی است – سنسورها باید ۲۴،۳۰ یا ۶۰ فریم در ثانیه بگیرند. به همین دلیل است که تقریباً تمام سنسورهای DSLR و تلفن های هوشمند ما از کرکره های غلتکی استفاده می کنند. به اندازه کافی عجیب، این زمانی است که ما می توانیم به طور قابل توجهی تأثیر شاتر نورد را ببینیم. به خصوص در مورد اجسام با حرکت سریع یا ارتعاش.
- چه زمانی این اتفاق می افتد؟
زمانی که دوربین و جسمی که از آن عکس میگیرید با همدیگر با «غلتان» شاتر تغییر می کنند، قابل توجه ترین جلوه شاتر نورد را دریافت می کنید. در اکثر دوربین ها شاتر حدود 1/30 ثانیه می چرخد و در این مدت هیچ حرکتی به سختی قابل توجه است. اما وقتی از یک شیء متحرک سریع مانند پروانه هواپیما عکس می گیرید، جلوه شاتر نورد متمایز را دریافت می کنید.
اما این تنها مورد نیست، تصور کنید یک تصویر ثابت از پنجره یک ماشین در حال حرکت سریع بگیرید. از آنجایی که سنسور در ارتباط با سوژه حرکت می کند، همان اثر شاتر غلتشی اتفاق می افتد. در اینجا یک توضیح گرافیکی ساده شده است که با سنسور CMOS 10×10 ما گرفته شده است. خوشبختانه، برای اینکه این اثر قابل توجه باشد، باید خیلی سریع رانندگی کنید. اما اگر از خود می پرسیدید که چرا درختان در تصاویر گرفته شده از قطار در حال حرکت کمی مورب به نظر می رسند، به همین دلیل است.
- شاتر غلتکی و سرعت همگام سازی
اگر در حال انجام هر نوع عکاسی با فلاش هستید، به احتمال زیاد با شاتر نورد – همگام سازی جزئی فلاش – آشنا هستید. وقتی دوربین های DSLR سنسورها را در معرض دید قرار می دهند، معمولاً با حرکت دادن دو پرده برای نمایان شدن سنسور، این کار را انجام می دهند، پرده اول از بالا به پایین می لغزد تا سنسور نمایان شود و سپس پرده دوم از بالا به پایین حرکت میکند تا آن را پنهان کند.
در سرعت های شاتر بالا، پرده دوم ممکن است قبل از اینکه پرده اول حرکت خود را تمام کند، شروع به پنهان کردن حسگر کند. هنگامی که این اتفاق می افتد، یک شکاف واقعی در سراسر سنسور حرکت می کند. در این حالت، هنگامی که فلاش می زند، تنها بخشی از سنسور با نور فلاش برخورد می کند.
دوربین شاتر
سخن پایانی
برای یادگیری بیشتر می توانید از پکیج مستر کلاس عکاسی با دوربین و پکیج مستر کلاس عکاسی با موبایل خانم بهاره صالح نیا استفاده کنید. کافیست به سایت ایشان مراجعه کرده و با خرید پکیج های عالی ایشان از خدمات موثر و مفید ایشان در این حوزه بهره مند شوید.
یکی از موفق ترین و محبوب ترین چهره های اینستاگرام و صاحب بزرگترین صفحه آموزش عکاسی با بیش از سه میلیون فالوور در اینستاگرام.