曝光簡介

曝光是相機中用來控制感光元件接收光線時長的重要過程，其結(jié)構(gòu)和功能對相機的性能和檔次有著直接的影響。通常，曝光的時間范圍越大，相機的適應(yīng)性越好。在拍攝快速運動的物體時，需要使用較短的曝光時間，而在拍攝夜景或進(jìn)行光繪時，則需要使用較長的曝光時間。

全局曝光與卷簾曝光

全局曝光

全局曝光（Global Shutter）是指相機傳感器上的所有像素在同一時間開始和結(jié)束曝光。這種方式的優(yōu)勢在于能夠保證整個畫面在同一時間被捕捉，從而避免由于物體移動而產(chǎn)生的圖像畸變和拖影。全局曝光通常應(yīng)用在CCD傳感器中，這類傳感器的所有像素同時曝光并收集光線，曝光結(jié)束后傳感器讀出數(shù)據(jù)形成完整的圖像。

優(yōu)點：

所有像素點同時曝光，避免了圖像的畸變和拖影。

在拍攝高速運動的物體時表現(xiàn)更佳。

缺點：

曝光時間受限于機械開關(guān)速度，存在理論上的最小曝光時間。

機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

卷簾曝光

卷簾曝光（Rolling Shutter）是指相機傳感器逐行進(jìn)行曝光，從第一行開始依次進(jìn)行，直到最后一行完成曝光。這種方式通常應(yīng)用在CMOS傳感器中。由于各行像素的曝光時間不同，因此在拍攝高速運動物體時，容易出現(xiàn)圖像畸變，即“卷簾效應(yīng)”。

優(yōu)點：

能夠?qū)崿F(xiàn)更高的幀速率，適合高幀率視頻拍攝。

傳感器制造成本較低，結(jié)構(gòu)相對簡單。

缺點：

在拍攝高速運動物體時，容易出現(xiàn)圖像畸變和拖影。

曝光時間的不一致會導(dǎo)致圖像出現(xiàn)扭曲和失真。

卷簾效應(yīng)的實例和分析

在日常拍攝中，卷簾效應(yīng)通常在拍攝高速運動物體時更為明顯。例如，當(dāng)我們拍攝飛機的螺旋槳時，螺旋槳的葉片可能會在圖像中出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象。這是因為在曝光過程中，螺旋槳的位置不斷變化，而逐行曝光的方式無法同時捕捉到螺旋槳的每個位置。

此外，坐在高速行駛的汽車或火車中拍攝窗外的景象時，也會出現(xiàn)類似的效果，樹木或建筑物可能會在圖像中顯得傾斜。

拖影現(xiàn)象

拖影是由于拍攝目標(biāo)與相機之間存在相對運動而導(dǎo)致的。當(dāng)相機的曝光時間較長，而拍攝物體在曝光過程中移動，圖像上的不同像素點會在不同時間接受到光線，最終形成的圖像是運動軌跡的疊加。

在拍攝運動物體時，曝光時間需合理設(shè)置，不能過長，否則容易產(chǎn)生拖影。曝光時間過短則會導(dǎo)致進(jìn)光量不足，需要通過調(diào)大光圈或增加光照來補償。

曝光模式對比

逐行曝光

逐行曝光（Line-by-Line Exposure）是卷簾曝光的一種具體實現(xiàn)方式。傳感器從第一行開始逐行進(jìn)行曝光，一個行周期之后下一行才開始曝光，直到最后一行。這種方式適用于靜態(tài)圖像的拍攝，成本較低，但在拍攝高速運動物體時容易出現(xiàn)拖影和圖像畸變。

全局曝光

全局曝光（Global Exposure）則是在同一時間內(nèi)對所有像素進(jìn)行曝光，曝光結(jié)束后傳感器同時讀取數(shù)據(jù)。由于所有像素點在同一時間段內(nèi)捕捉光線，因此可以避免圖像的偏移和歪斜。這種方式在拍攝運動物體時表現(xiàn)更佳，但機械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本較高。

結(jié)論

全局曝光和卷簾曝光各有優(yōu)劣，選擇何種曝光方式取決于具體的應(yīng)用場景和需求。在拍攝靜態(tài)圖像時，卷簾曝光能夠提供更高的幀速率和較低的制造成本，而在拍攝高速運動物體時，全局曝光則能更好地避免圖像畸變和拖影。因此，在選擇相機和傳感器時，需要綜合考慮處理速度、電池消耗、制造成本及整體復(fù)雜性等因素。