小知識:機械快門和電子快門有何不同?

2021-02-24 光學人生

機械快門和電子快門這兩者其實完全不是一個概念,儘管都叫「快門」。


機械快門較為好理解:用彈簧或是電磁手段,控制幾片葉片的開閉,或是兩層簾幕像舞臺「拉幕」一樣左右或上下以一定寬度的縫隙「划過」成像像場窗口,讓窗口獲得指定時間長短的「見光機會」——這就使通常的機械快門概念。

而電子快門則不同,它實際上並沒有「門」,而是利用了CCD不通電不工作的原理,在CCD不通電的情況下,儘管像場窗口「大敞開」,但是並不能產生圖像。如果在按下快門鈕時,使用電子時間電路,使CCD只通電「一個指定的時間長短」,就也能獲得像有快門「瞬間打開」一樣的效果。(所以電子快門數位相機在按下快門時是「無聲」的。不過為了滿足影友的「心理需求」,有的相機可以設定一個「電子發聲」:模擬出一個「咔嚓」聲來讓你「過過癮」)。


顯然,電子快門簡單,成本也要低得多。但是要注意,如果鏡頭長時間對著強光,那樣通過鏡頭的聚焦作用,很容易燒壞後邊「大敞門」的CCD器件。

電子快門是對比照相機的機械快門功能提出的一個術語,它相當於控制CCD圖像傳感器的感光時間。AES(Auto Electronic Shuttle)自動電子快門,是根據環境照度高低(進光量大小)自動調整電子快門時間,確保輸出圖像亮度恆定。

在CCD攝像機內,是通過控制光學電控影像表面的電荷積累時間來操縱快門,當攝像機的電子快門打開時,攝像機的電子快門的速度最快可以達到1/100000秒。對於運動的物體,電子快門越快,拍攝得越清晰。

監控攝像機在拍攝快速運動物體時,由於在一場時間內,物體光像在CCD感光面上的位移,會造成圖像的模糊。物體運動速度愈快,圖像愈模糊。使用電子快門可以提高物體動態清晰度,改善快速運動物體圖像的清晰程度,減輕圖像的模糊程度。另外,電子快門和光圈的配合使用,可以對曝光量進行控制,影響景深。

電子快門基本原理

在沒有電子快門作用時(即常設的1/50秒),光像轉變為電子的時間為1/50秒。在此期間內,運動物體的光像在CCD感光面上的位移,使得由此產生的圖像電信號包含了位移的信息,因而造成了圖像的模糊。

當使用電子快門時(如1/100、1/1000秒)光像轉變為電子的時間即為電子快門時間,採樣時間可大為縮短(可根據運動物體速度選擇電子快門速度),產生圖像模糊的信息也隨之減少,運動物體的輪廓就會清晰起來。


電子快門的使用

由於使用電子快門時採樣時間變短,等效於降低了監控攝像機的靈敏度,視頻信號的電平也會隨之降低。為了保證視頻信號的幅度,必須開大光圈,電子快門速度每提高一檔,光圈也要提高一檔。

快門使用注意事項

對於電子快門來說,使用時還有一點必須要注意:如果鏡頭長時間對著強光,那樣通過鏡頭的聚焦作用,很容易燒壞後邊「大敞門」的CCD感光器件。這一點類似於過去膠片單反機,採用布簾幕式快門時,對著太陽容易燒毀布簾的道理是一樣的。因為成像平面是鏡頭聚焦平面,對於單反機就是快門帘(它後面是膠片),對於家用數碼機來說,那就是感光CCD了。把太陽光聚焦在這一平面上,當然會燒焦點上的一切東西。而且鏡頭焦距越長,視角越窄,能量就越集中,危險性也就越大。這是在數位相機使用中必須要注意的。

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