Por que as DSLRs no modo de filme têm um obturador rotativo em vez de um obturador global?

Corrija-me se eu estiver errado:

Quando tiro uma foto, o sensor reúne as informações de luz "como um todo" durante o tempo de exposição e as salva no cartão. Quando faço um filme, o sensor digitaliza linha por linha e salva o quadro no cartão.

Portanto, se isso estiver correto, por que a câmera muda do obturador global (como no modo de foto) para o obturador rotativo (modo de filme) durante as filmagens?

É claro que deve haver uma razão técnica, mas por que se preocupar em usar uma persiana em vez de uma persiana global, o que é muito mais conveniente?

dslr rolling-shutter

— Andres
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Você está errado. Quando você tira uma foto, um sensor CMOS digitaliza linha por linha exatamente da mesma maneira que quando grava um vídeo.

— Jay Lance Photography

As explicações não são claras ... a fotografia antiga explica por que o filme registra a ação posteriormente devido ao movimento físico do obturador, mas não por que os obturadores eletrônicos deveriam, pois o problema é a sequência da aquisição da linha. Sem conhecer a capacidade do processador nos modelos de câmera atuais e a quantidade de dados, presumo que o motivo pelo qual o sensor está registrando uma linha por vez é uma tecnologia ditada pela capacidade do processador? Ou seja, quando os processadores tornam-se rápidos o suficiente, o efeito do obturador rolante desaparece, porque a câmera pode registrar todas as linhas simultaneamente em cada "quadro" ??

@Terra: Veja a resposta de Jerry Coffin. O problema não é a potência do processador, é a fiação .

— Por favor, leia o perfil

Sim, o problema é realmente um problema de fiação / layout físico. Eu acho que essa é uma área que está sendo aprimorada para os sensores CMOS, no entanto. Por volta dessa época do ano passado, a Canon demonstrou um sensor APS-H de 120mp que tinha uma taxa de leitura significativamente maior do que os maiores sensores modernos que existem hoje em câmeras. Eles não divulgaram os detalhes técnicos de seu protótipo, no entanto, a suposição é de que eles reestruturaram a fiação para fornecer mais leitura paralela do sensor do que era possível antes.

— jrista

Respostas:

Nos dois casos, a leitura real do sensor é feita linha por linha. É feito dessa maneira (em grande parte), porque fazer o contrário seria excessivamente caro - para ler todos os pixels em paralelo, você precisaria de uma conexão separada do sensor na memória para cada pixel. 12 milhões de conexões (por exemplo) do sensor para a memória seriam terrivelmente caros - e quase nunca fornecem nenhum benefício real.

Quanto ao motivo pelo qual parece haver uma diferença entre o modo de filme e o modo estático, é bem simples: no modo estático, você está usando um obturador físico e a leitura do sensor na memória acontece quando o obturador é fechado. Como o @Matt Grum apontou, você ainda obtém o mesmo efeito acima da velocidade do X-sync, devido a limitações físicas no obturador.

O motivo de você não usar o obturador físico no modo de filme é mais dessas mesmas limitações físicas. Embora o obturador possa ter um tempo de exposição muito curto, há um tempo de recuperação entre as ativações, tornando-se difícil obter mais do que cerca de 10 quadros por segundo. Chegar aos 24 quadros por segundo mais ou menos necessários para o vídeo acrescentaria, de novo, muitas despesas com pouco benefício. Portanto, no modo de filme, o obturador físico permanece aberto e a câmera usa um obturador eletrônico - e, quando isso ocorre, os artefatos da leitura linha a linha do sensor para a memória podem se tornar visíveis.

— Jerry Coffin
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Portanto, é correto dizer que, no modo estático, o CMOS age PARCIALMENTE como um obturador global (como toda a luz expõe o sensor como um todo e, quando não há mais luz, cada linha é lida) ? Mas por que, se a câmera usa um obturador eletrônico (que eu acho que comanda o sensor quando precisa ser sensível à luz), ainda existem artefatos distorcidos? Quero dizer, se o sensor recebe a luz como um todo, o obturador eletrônico bate e as linhas são lidas, por que existem artefatos de obturador rolante?

— Andres

Porque não há um comando para "desativar" a sensibilidade à luz. Há apenas a leitura dos dados de uma célula, que drena a carga nessa célula.

— Jerry Coffin

Pode ajudar um pouco (ou confundir) se você acha que luz = chuva e um pixel = balde. E em um sensor CMOS, a única maneira de verificar quanta água você tem em cada balde é esvaziá-lo. Você só pode esvaziar os baldes um a um e chove o tempo todo. O "modo de filme" significa simplesmente que você está correndo pela chuva, esvaziando os baldes. O "modo de foto" é diferente: primeiro instale uma cobertura em cima do seu campo de baldes; então você sai e esvazia cada balde; depois retire a tampa por um tempo e coloque-a de volta ("exposição"); então você esvazia cada balde e os mede.

— Jukka Suomela

@Jukka Suomela: Boa analogia, exceto por um pequeno ponto: ele pode realmente esvaziar uma "linha de baldes" inteira de uma só vez, não apenas uma.

— Jerry Coffin

Faz parecer cansativo, correndo pela chuva esvaziando baldes.

— 22811 Nick Bedford

Ao tirar uma foto, você tem um obturador físico que controla a luz que atinge o sensor. A imagem ainda é lida linha por linha ao tirar fotos, mas devido ao fechamento físico do obturador, nenhuma luz extra é registrada durante a leitura.

A leitura linha a linha é uma conseqüência do design do CMOS encontrado nas câmeras de sensores grandes e, portanto, é inevitável (até encontrar uma maneira de fazer CCDs mais baratos / maiores).

Vale a pena notar que, nas velocidades do obturador mais rápidas que as da câmera x-sync (geralmente 1 / 250s), o obturador começa a fechar na parte inferior antes de ser totalmente aberto na parte superior. O resultado disso é que, para velocidades realmente rápidas como 1 / 4000s, você obtém uma fenda que atravessou o quadro e oferece um efeito semelhante de obturador para fotos. No entanto, como o tempo para atravessar o quadro pelo obturador (1 / 250s) é dez vezes mais rápido que o tempo para ler o sensor durante o vídeo (1 / 25s), você precisa de um objeto em movimento muito rápido para percebê-lo.

Aqui está uma fotografia muito antiga que demonstra bem o efeito:

O efeito também é mais perceptível nos vídeos se você se movimentar para frente e para trás, o que não acontece com as fotos.

— Matt Grum
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Uhmmmm, que exposição de 1 segundo (ou mais)? O sensor leva mais tempo para ler cada linha ou relê as linhas quando atinge o fundo?

— Andres

@Nick Você acabou de mostrar por que existe um limite nas velocidades do obturador com flash (não HSS): o obturador pode ser totalmente aberto para exposições de cerca de 1/250 s ou mais (dependendo da câmera), mas para exposições mais curtas o sensor inteiro nunca é exposto a qualquer momento.

— whuber

@ Nick: é apenas em velocidades mais rápidas que 1 / 250s que o obturador digitaliza o quadro; em 1/200s há um momento em que todo o sensor é exposto, permitindo assim o flash a essa velocidade.

— Matt Grum

@Andres, ao tirar fotos, o quadro é digitalizado depois que o obturador é fechado; portanto, com uma exposição de 1 segundo, o obturador fica aberto por 1 segundo e depois fecha e o quadro inteiro é digitalizado em aproximadamente 1 / 25s

— Matt Grum

@matt eu sei, eu percebi o meu erro e apaguei o comentário! Mas isso não explica por que o obturador precisa rodar no modo de vídeo - por que a câmera não pode capturar todo o quadro?

— NickM

Você pode achar este link útil:

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

É um compromisso do CMOS: calor, energia, taxa de atualização mais lenta, mais barato que o CCD. Os CCDs são mais rápidos, mas precisam de mais energia e custam mais ...

Do meu conhecimento básico sobre fabricação de chips, sensores e processadores de imagem são criados usando tecnologia semelhante. A fabricação do processador favorece o encolhimento: menor = mais barato. Mas os fotógrafos querem sensores GRANDES. Não é possível ter as duas coisas sem custar muito mais. Além disso, a inserção de muitos pixels em um sensor pode ser uma coisa "boa" (menos luz etc.)

@mogwailun

Mas por que no modo foto a luz é lida como um todo e no modo vídeo linha por linha? O artigo explica as diferenças entre rolagem e global, mas não consigo entender a alternância entre o modo foto e filme.

— Andres

@ Andres, a imagem ainda é lida linha por linha no modo de foto, você simplesmente não percebe!

— Matt Grum