7个基本步骤来了解全局快门VS滚动快门以及高帧率

今天我们来了解一下高帧率下的全局快门VS滚动快门、快门角度和曝光的基本知识。



1. 机械快门

在胶片摄影机中，快门是一个机械旋转镜。每次曝光它会旋转360度，它在特定的时间量里，交替的覆盖、打开胶片门。快门的RPM是机械固定的并由帧速率决定，且曝光时间由快门角度来确定。

2. 滚动快门

许多数字摄像机的电子快门设有滚动快门，在重置准备下一个画面曝光之前，其中的数据从传感器顶部到底部逐列被读出。

滚动快门表现为一个明显歪斜并会成为垂直线的图像中，如果有摄影机或拍摄对象跨过帧快速移动。如果传感器读出速度特别慢且画面中有快动作，会产生不需要的动态叠影使整个图像变形。大多数的滚动快门速度非常快，最大限度地减少了潜在的问题。RED和Arri很多摄影机都有滚动快门，这比全局快门的更赋电影感。

即使是高帧率摄影机，如Phantom数字电影摄像机采用滚动快门，但读出时间只有1毫秒。

这个图表中我们可以比较不同型号摄影机的滚动快门读出次数：



3. 全局快门

全局快门不同于滚动快门，一个完整的曝光结束时，光一次性被完全阻止，接着数据被读取并为下一个曝光做重置。

全局快门保持垂直线或物体通过画面水平移动。然而，运动的感觉是明显不同的。根据全局快门的实现方式，和滚动快门相比，光和可能的动态范围只会消耗一点。



4.快门角度

快门角度是指旋转机械快门的实际开口物理角度。开口的角度决定了曝光的快门转动的持续时间。机械快门的大部分都没有在数字电影摄影机中。

快门角度能控制动态模糊。曝光时间越长，动态模糊越多，曝光时间越短，运动物体会表现的更清晰。

曝光时间（1/ X秒）=帧速率×（360/快门角度）。例如，180度快门，24fps帧率（180度是标准的）：
180度：24×（360/180）= 1 /48秒

下面是24fps帧率下，快门角度高达220度的计算：
15 degrees = 1/576 sec
20 degrees = 1/432 sec
40 degrees = 1/216 sec
60 degrees = 1/144 sec
80 degrees = 1/108 sec
100 degrees = 1/86 sec
120 degrees = 1/72 sec
140 degrees = 1/62 sec
160 degrees = 1/54 sec
180 degrees = 1/48 sec
200 degrees = 1/43 sec
220 degrees = 1/39 sec

快门角度的变化影响着曝光时间，并且需要光圈的变化来补偿，以维持正确的曝光。当然，光圈的变化会影响景深。因此，如果景深需要保持不变，唯一能做的就是添加ND滤镜（如果减少光来补偿曝光时间），或增加场景的实际光照（如果给较短的曝光时间做补偿）。

如果以180度为基准（正常）的角度为“全面曝光”，那么下面的补偿表则是合适的：

快门角度     F-STOP/ T补偿

197-200     Close 1/4
166-196     Full Exposure
148-165     Open 1/4
135-147     Open 1/3
121-134     Open 1/2
111-120     Open 2/3
99-110       Open 3/4
83-98         Open 1
74-82         Open 1 1/4
68-73         Open 1 1/3
61-67         Open 1 1/2
56-60         Open 1 2/3
50-55         Open 1 3/4
42-49         Open 2
37-41         Open 2 1/4
34-36         Open 2 1/3
31-33         Open 2 1/2
28-30         Open 2 2/3
25-27         Open 2 3/4
22.5-24      Open 3



5.高帧率

在数字电影时代，我们的摄影机比以往任何时候都有高帧速率的需求。这在过去是一个特殊的要求，但在现在是一个期望的需求。

捕捉海浪细节，流体流动或简单的平稳慢动作已不再是鞭长莫及。许多电影摄影机，现在都可以拍，帧率至少都是60fps的。



虽然对我们大多数人来说1000——2000fps仍然是遥不可及的，Phantom Flex 4K摄影机正在推进能到达的极限。
要注意高帧速率对曝光（及光的要求）的影响。



对于任何摄影机来说，无论传感器怎样，无论制造商对于曝光和帧率的制定规则是否是真实的，这都是纯粹的数学运算。每次应用双倍帧速率时，每一帧画面曝光时间都会减半，照到传感器的光量也减半。

举一个例子，假设180度的“标准”的快门角度。每秒24帧，一个180度的快门提供的曝光时间为1 /48秒。如果帧率为48fps，用相同的快门角度，曝光时间减半为1/96秒。只有在48fps时，会损失一整档光。
推断一下，用25fps而不是24fps的帧率为出发点，因为它会大量产生出整数：

25fps@ 180deg = 1/50秒
50fps@ 180deg = 1/100秒（损失1档）
100FPS @ 180deg = 1/200秒（损失2档）
200fps @ 180deg = 1/400秒（损失3档）
400fps @ 180deg = 1 /800秒（损失4档）

当然，帧速率可以是在这些数字之间。你可以看到每一次损失一档光，我们加倍的帧速率。一整档光的损失不是小数量的。每损失一档，光就会减半。

损失1档= 1/2的光
损失2档= 1/4的光
损失3档= 1/8的光
损失4档= 1/16的光

正常帧速率的快门角度的变化影响着曝光时间，并且需要光圈或灯光来进行补偿，高帧频则需要更多补偿。这意味着如果你有足够的光线正确的曝光，25fps下不想影响景深（打开光圈），你必须有两倍的光照来照亮场景或拍摄对象，以获得50fps下正确的曝光。

必须要有四倍的光照，以达到100FPS下的正确曝光。这只是每次加倍，所以要达到200fps下的正确曝光，场景需要8倍的光量，并是在正常25fps的帧速率下。

太阳给了我们充足的光线，所以在外面的日光下，拍摄高帧速率时，补偿曝光时间的问题要少得多。

但是在室内的人工照明，每次给帧速率加倍时，必须小心调动灯光。

这是正常的，例如高速桌面拍摄需要大量的光。如果你在拍摄现场，产品拍摄涉及流体流动时，现场有一台Phantom，拍摄帧率为1000fps，产品上的光会很很亮很亮。

6.基础感光

说到高帧速率，较高的“原生”基础ISO或曝光指数（EI）总是有好处的，比较摄影机时要记住这一点。每个传感器都是不同的，每个摄影机捕捉高帧率的表现都不同。

如果一个特定的摄影机在高帧率下给出的图像较亮，要么是因为传感器具有更高的基础ISO，要么是在躁讯可接受的情况下，基础ISO可提高。

传感器的基础感光由很多东西决定，其中最简单的是感光单元的规格尺寸，以及传感器上的感光单元数目。如果提高分辨率（或感光单元的数目），并保持传感器尺寸不变，则感光单元变得越来越小，一般化基础感光也降低。
基础感光之间的空间数量，以及每个感光上的电路所需空间量，都是决定因素。

7.灯光

光线充足时传感器的性能会表现的最佳，而每帧画面曝光时间很短时（如提高帧率），唯一的解决办法就是增加更多的光。

via cinema5d

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