Что такое электронный затвор фотоаппарата
БЛОГ ДМИТРИЯ ЕВТИФЕЕВА
Мои эксперименты в области фотосъемки, статьи по фототехнике и оптике
Плюсы и минусы электронного затвора фотокамер
В современных фотокамерах часто имеется два затвора — механический и электронный. Электронный позволяет снимать с очень короткой выдержкой, так что почему бы производителю не оставить только электронный затвор.
Плюсы
1. Бесшумная работа т.к. вся работа идёт по считыванию сигнала, нет физически движущихся частей.
2. Высокая скорость съемки. Зависит только от скорости считывания с матрицы и может в будущем быть сколь угодно большой. Механический затвор ограничен возможностями механики, при высоких скоростях быстрее выходит из строя, потому выдержку короче 1/8000 сек обычно не делают (были раньше опыты с 1/16000 sec и они таких значений отказались)
3. Не создаёт вибраций камеры. Нет движущихся механизмов — не сотрясает камеру. Механический же может создавать микросмазы, там физически ходят две металлические шторки.
Минусы
1. Дело в том, что считывание с матрицы в случае электронного затвора происходит постепенно, по строкам и пока не считается всё изображение — картинка будет передаваться по частям на обработку. Если при этом происходило движение в кадре или двигалась сама камера, то картинка может оказаться искажённой.
2. По той же причине при съемке «с проводкой» изображение может наклоняться. Этот эффект называется «роллинг-шаттер» и хорошо известен тем кто снимает видео. Сейчас начинают внедрять «глобальный электронный затвор» где изображение считывается сразу целиком, тогда эффекта данного нет.
3. Снимок с электронным затвором больше подвержен влиянию мерцания освежения (flicker). Снимок может быть неравномерно освещен.
4. Съемка со вспышкой с меньшей скоростью синхронизации, часто характеризуется неравномерной освещенностью кадра. На некоторых камерах при выборе в меню электронного затвора вспышка автоматически становится неактивной.
5. Электронный затвор может вызывать явление блюминга на ярких источниках света в кадре. Например, Солнце может «растекаться» в стороны.
В чём разница между электронным и механическим затвором
Господа фотолюбители, сегодня я расскажу, в чём разница между электронным и механическим затвором. В системных фотокамерах можно выбирать между использованием электронного и механического затвора, если понимать разницу между ними. Электронный затвор позволяет управлять экспозицией, включая и выключая матрицу фотокамеры при срабатывании. В механическом затворе используются традиционная передняя и задняя шторки, расположенные перед матрицей, которые открываются и закрываются при срабатывании затвора при регулировке экспозиции.
В лучшие времена плёночной фотографии был только один видзатвора, механический затвор. Они были двух видов: центральный затвор — заслонкикоторого при срабатывании открывают отверстие объектива от центра к его краям изакрывают в обратном порядке.
И механический шторный затвор, использующий традиционные переднюю и заднюю шторки, расположенные перед матрицей или фотоплёнкой, которые открываются и закрываются для регулировки экспозиции.
Оба служат одной и той же цели; они закрывают матрицу(фотоплёнку), когда затвор закрыт, и открываясь позволяют свету экспонироватьматрицу (фотоплёнку), когда он открыт. Как и большинство других вещей, затвор фотоаппаратастал цифровым и теперь включает еще две опции для управления экспозицией: затворс электронной передней шторкой и полностью электронный затвор.
Первое, что приходит на ум при взгляде на беззеркальные камеры, — это то, что матрица должна просто включаться и выключаться электронным способом. Зачем же нужен затвор? Некоторые современные цифровые камеры управляют электронным затвором таким образом, что просто просто включают цифровой датчик на определенное количество времени — время выдержки и это и есть глобальный электронный затвор.
Многие другие камеры, такие как зеркалки используют другойметод, называемый скользящим электронным затвором. В рулонном затворе камераактивирует один ряд пикселей за раз по ширине. Если ваша камера имеет функцию Live View, она имеет электронныйзатвор.
Некоторые камеры используют только электронный затвор для просмотра в реальном времени и видео, в то время как другие, такие как Fuji X-T2, могут использовать его для фотосъемки вместе с механическим затвором. Понимая, что некоторые камеры имеют полностью электронные затворы, в то время как другие имеют механические затворы, становится очевидным, что разница между электронным и механическим затвором достаточно велика и у обоих вариантов есть свои плюсы и минусы.
Преимущества электронного затвора
Бесшумная фотосъемка
Его достоинство — бесшумная работа фотокамеры обеспечиваетсяотсутствием движения деталей фотокамеры. Это бывает важно в случаях, когда звукспуска механического затвора может привлечь внимание фотографируемого объекта,например, при съёмке с близкого расстояния дикой природы, спортивных мероприятийили тогда, когда фотографу нужно оставаться незамеченным.
Большая частотакадров
В электронном затворе нет механических деталей, благодарячему можно повысить частоту кадров по сравнению с частотой, получаемой прииспользовании механического затвора. Например, фотокамера Fujifilm XT3 может снимать соскоростью до 11 кадров в секунду с механическим затвором, до 30 кадров всекунду с электронным затвором.
Снижение смазыванияиз-за дрожания камеры
Преимущества механического затвора
Уменьшение эффекта Роллинг шаттер
При съёмке с короткой выдержкой проносящихся мимо объектовили при быстром панорамировании CMOP-матрицаможет создавать искажение строчного затвора. Суть в том, что время, когдаперестали считываться пиксели в начале матрицы, и когда в конце, существенноотличается. Получается, что часть снимка сделана раньше, а часть позже, и любоедвижение в кадре деформируется. Если используется электронный затвор, CMOP-матрицавключена и последовательно сканирует линию за линией, а при съёмке быстродвижущихся объектов искажение отображается на снимке, например, виден следдвижения игрока в гольф, опускающего клюшку.
Если при съёмке с короткой выдержкой используетсямеханический затвор, передняя и задняя шторки затвора располагаются настолькоблизко друг к другу, что в отдельно взятый момент времени экспонируется толькофрагмент (полоса) матрицы. Это помогает уменьшить искажение строчного затвора.
Повышение скорости синхронизации вспышки
Синхронизация вспышки при использовании механическихзатворов часто выполняется быстрее, чем в случае с электронными. Так происходитиз-за особенностей электронного затвора и частоты сканирования матрицы. Вовремя съёмки на улице при ярком освещении и использовании самой высокойскорости синхронизации вспышки лучше всего работать с механическим затвором.
Производители фотокамер обычно хвастаются электроннымизатворами как средство для тихой съемки без звуков, издаваемых механическимзатвором. Хотя иногда может воспроизводиться имитация звука срабатываниямеханического затвора.
Использование Fujifilm X-T1, например, в ряде случаев требует отключения электронногозатвора. Все преимущества бесшумного затвора и безумно короткой выдержки1/32000 перекрываются тем фактом, что нельзя использовать фотовспышку. Даже в спецификацияхтаких камер как Fujifilm Xсерии упоминается, что электронный затвор не подходит для быстро движущихсяобъектов, поэтому он и является в многих случаях спорным вопросом.
Если вы фотограф, работающий в сфере макрофотографии, илифотографируете очень много, вам будут полезны отсутствие вибрации механическогозатвора и почти неограниченный срок службы затвора, но, если вам необходимосделать кадр быстро движущихся объектов или использовать вспышку, лучше всего использоватьмеханический затвор.
Режимы работы затвора фотоаппарата. Механический, с электронной передней шторкой, бесшумный. Когда какой использовать?
Что такое затвор фотоаппарата?
Слово «щёлкнуть» часто употребляется в значении «сделать фото». Но что именно щёлкает в камере? Одна из неотъемлемых деталей — механический затвор.
Модуль затвора фотоаппарата Nikon D750
Затвор необходим для точной отработки выдержки (времени съёмки). Для правильной экспозиции кадра требуется исключительная точность. Затворы бывают разные: центральные расположены в объективе, а фокальные устанавливаются непосредственно перед матрицей, в фокальной плоскости. Последние используются в современных зеркальных и беззеркальных камерах. В плёночных фотоаппаратах часто применялись затворы с тканевыми шторками. Это уже давно в прошлом, но слово «шторка» осталось в обиходе. Сейчас затворы состоят из нескольких заслонок-ламелей.
Работа затвора на Nikon Z 7. Серийная съёмка в режиме Cl, 3 кадра в секунду, электронный спуск передней шторки.
Как работает затвор фотоаппарата? Принцип прост: в начале съёмки открывается передняя шторка (ламелевая заслонка), и свет попадает на матрицу. По истечении времени выдержки вторая шторка закрывает матрицу и заканчивает съёмку. Это один цикл срабатывания. Конечно, описание упрощённое, и затвор работает несколько иначе на выдержках короче выдержки синхронизации (и это важно для студийной съёмки), но сам принцип именно такой.
«Пробег» фотоаппарата и гарантированный ресурс затвора
Как и любая механическая деталь, затвор камеры со временем изнашивается. Чтобы охарактеризовать надёжность затвора, производитель тестирует его и вычисляет гарантированный ресурс работы затвора. У профессиональных камер он составляет от 150 до 500 тысяч циклов. Это не означает, что в дальнейшем ваш фотоаппарат придёт в негодность, иногда затворы «бегают» значительно дольше. Показатель нужен скорее производителю, чтобы охарактеризовать класс надёжности модели затвора. На пробег фотокамеры по аналогии с пробегом автомобиля часто смотрят покупатели при покупке бывшей в употреблении фототехники.
Обратите внимание: мы говорим не о количестве сделанных фотографий, а о количестве срабатываний затвора. В современной цифровой технике это разные величины. К примеру, на зеркалах в режиме Live View при съёмке одного кадра затвору придётся пройти целых три цикла: открыть затвор для активации Live View, закрыть затвор для начала экспозиции, открыть затвор для съёмки, закрыть для завершения экспозиции, открыть для активации Live View, закрыть для выхода из режима Live View. При этом на беззеркалке при работе с электронным затвором приходится ноль циклов на кадр, ведь механика здесь не задействована. В этой статье вы узнаете, почему так происходит.
EXIF, открытый с помощью сервиса Jeffrey’s Image Metadata Viewer. У камер Nikon есть отдельный пункт, характеризующий количество циклов срабатывания механического затвора.
Отдельный пункт в EXIF отображает, сколько кадров было сделано на фотоаппарат. В нашем случае количество сделанных кадров превысило количество циклов срабатывания затвора. Это говорит о том, что камерой много снимали с электронным (бесшумным) затвором.
Отметим, что даже в EXIF у современных аппаратов Nikon отдельно прописывается количество циклов срабатывания затвора и количество сделанных снимков. Если первая цифра больше второй, можно сделать вывод, что камерой пользовались в режиме механического затвора. Если наоборот — съёмка велась в режиме электронного затвора. Чтобы увидеть в EXIF всю информацию, необходимо посмотреть необработанный файл.
Режимы работы затвора фотоаппарата
Механический затвор. Это традиционный режим работы затвора. На сегодняшний день он не имеет никаких практических ограничений, кроме минимальной выдержки (в современных камерах составляет 1/4000 или даже 1/8000 с). Режим позволяет работать со вспышками, не даёт заметных искажений и подходит для съёмки с пульсирующим светом (например светодиодные, энергосберегающие лампы).
Съёмка начинается в тот момент, когда шторки закрыты. При старте экспозиции передняя шторка открывается, и свет попадает на матрицу. По истечении времени выдержки вторая шторка затвора закрывает матрицу. Кадр сделан.
Мы описали классический вариант работы механического затвора на зеркальной камере. При визировании через оптический видоискатель затвор непрерывно (исключая время съёмки) находится в закрытом состоянии.
Механический затвор на беззеркалках. На беззеркалках и на зеркальных фотоаппаратах в режиме Live View процесс съёмки с механическим затвором несколько отличается. Для визирования картинки через Live View затвор должен быть открыт до и после съёмки. До тех пор пока вы не нажмёте на кнопку спуска, затвор зафиксирован в открытом состоянии, изображение с матрицы транслируется на экран и электронный видоискатель. При нажатии кнопки спуска затвор сначала закрывается, чтобы обнулить сигнал с матрицы. Теперь передняя шторка открывается, и происходит экспозиция. Чтобы закончить её, вторая шторка закрывается. Съёмка закончена, но затвор надо вернуть в открытое состояние, чтобы продолжить визирование в Live View. Дополнительный шаг — открытие шторок.
Обратите внимание, что для съёмки одного кадра необходимо два цикла срабатывания затвора. Получается, что на беззеркальных аппаратах в таком режиме износ затвора увеличивается вдвое. Поэтому в беззеркалах Nikon Z режим не используется по умолчанию, камера отдаёт предпочтение спуску с электронной передней шторкой.
Работа механического затвора на камере Nikon Z 7, замедленная в 5 раз. Видно, как сначала шторка закрывается, а потом открывается. Итого два цикла срабатывания на одно нажатие кнопки спуска.
Спуск затвора с электронной передней шторкой (Electronic First Curtain Shutter, EFCS)
Современные камеры могут начать съёмку при открытом затворе. Как это работает? При нажатии кнопки спуска фотоаппарат начинает экспозицию кадра, используя электронную переднюю шторку. Механика не задействуется, матрица обнуляется сама. По истечении выдержки в ход идёт задняя механическая шторка: она заканчивает съёмку и закрывает затвор. Далее затвор снова открывается для получения картинки Live View. Здесь один кадр равен одному циклу срабатывания затвора.
Работа спуска с электронной передней шторкой. Видно, что в момент нажатия на кнопку спуска механические детали неподвижны, шторка не опускается. Механическая задняя шторка задействована только в конце съёмки.
На зеркальных камерах Nikon такой режим работы затвора тоже встречается. На Nikon D7500, Nikon D500, Nikon D810 он доступен в режиме предподъёма зеркала. А в Nikon D850 затвор с электронной передней шторкой может работать и в режиме тихой съёмки Q и Qc.
Активация спуска с электронной передней шторкой в меню зеркальной камеры Nikon D850
Кроме снижения износа механических деталей затвора, EFCS позволяет избавиться от микросмаза — небольшого падения резкости изображения на выдержках порядка ½–1/100 с из-за вибрации внутренних деталей камеры, возникающих в основном вследствие срабатывания механической передней шторки.
Ограничение у режима одно: EFCS иногда даёт различные артефакты на очень коротких выдержках. Например, к началу экспозиции на старых объективах может не успеть закрыться диафрагма. Поэтому в камерах Nikon в этом режиме доступны выдержки до 1/2000 с. Если выбран автоматический выбор режима работы затвора, при выборе более короткой выдержки вы активируете механический затвор.
Выбор режимов работы затвора в Nikon Z 7. Механический затвор, спуск с электронной передней шторкой.
На беззеркальных Nikon Z 6, Nikon Z 7 и новинке Nikon Z 50 доступны все описанные режимы работы затвора. В меню «Тип затвора» можно выбрать опцию «Авто», тогда камера сама будет определять, какой тип затвора использовать. Механический активируется при работе на выдержках короче 1/2000 с, в остальное время будет использоваться затвор с электронной передней шторкой.
Дисплей фотокамеры Nikon Z 50: кроме прочей съёмочной информации, отображается и режим работы затвора. Иконка с буквой А говорит о том, что выбран авторежим.
Электронный (бесшумный) затвор. Но можно пойти ещё дальше и заменить не одну, а обе шторки электроникой. В таком случае механические элементы затвора не задействуются вообще, съёмка происходит абсолютно бесшумно. Да и вибраций никаких нет, а значит исключается риск микросмаза.
Но есть и ограничения. Во-первых, сигнал с современных матриц считывается построчно, и при съёмке движения объекты в кадре могут деформироваться. Это называется RollingShutter или эффект желе. На разных фотоаппаратах этот недостаток выражен в разной степени.
Эффект желе: фотоаппарат двигался во время съёмки, кадр деформировался.
Эффект желе делает недоступным для съёмки с электронным затвором такие сюжеты как спорт, динамичный репортаж, да и снимать из окна едущего автомобиля тоже вряд ли получится.
Также при работе с электронным затвором пульсирующие источники света (светодиодные и люминесцентные лампы) будут давать неприятный эффект в виде полосок по всему кадру. Избавиться от него можно, если удлинить выдержку.
Освещение бытовой люминесцентной лампой. При использовании электронного затвора и короткой выдержки получаются горизонтальные полосы.
Кадр с теми же экспопараметрами, но использован спуск с электронной передней шторкой. Полос нет.
Электронный затвор. Использована длинная выдержка. Полос нет.
А ещё с электронным затвором не получится использовать ни студийные, ни накамерные вспышки. Зато в остальных ситуациях он очень удобен. Пейзажная, интерьерная, архитектурная, постановочная портретная и предметная фотография с естественным светом и даже неспешный репортаж — всё это ему по плечу. Режим идеален, когда мы не хотим привлекать к себе внимание щелчками фотокамеры.
Выбор бесшумной съёмки с электронным затвором в быстром меню на камере Nikon Z 7
Выбор бесшумной съёмки с электронным затвором в основном меню фотокамеры Nikon Z 7
Отдельный плюс этого режима — в нём вообще не изнашиваются механические детали затвора, так как он не задействован в работе.
Бесшумный электронный затвор имеют камеры Nikon D500, Nikon D850, Nikon D5, Nikon Z6, Nikon Z7 и Nikon Z 50.
Мы познакомились с тремя вариантами работы затвора, которые присутствуют во всех современных фотоаппаратах. Теперь вы знаете их плюсы и минусы и можете эффективно использовать в работе каждый из них.
Механический затвор
Эта статья – продолжение цикла статей о вопросах, поднятых ранее в статьях ‘Шум затвора‘ и ‘Недостатки современных DSLR камер‘.
В современных цифровых камерах используются фокальные затворы шторно-щелевого типа с вертикальным ходом шторок. Это означает, что такой затвор расположен сразу перед матрицей фотоаппарата, состоит из шторок, которые двигаются вертикально (обычно сверху-вниз и обратно).
Ниже наглядно показано, как происходит спуск затвора:
Видео 1.
Обратите внимание на то, как сильно трясет зеркало после его подъема и возврата, а также на то, как чудовищно содрогаются шторки затвора. На видео видно, что шторки затвора состоят из нескольких частей (так называемые ламели или ‘жалюзи’).
Видео 2.
На этом видео можно заметить щель, которая формируется во время движения шторок затвора.
Видео 3.
Полноформатная камера и кропнутая камера.
Видео 4.
Трясет не только зеркало и жалюзи затвора, но и лепестки диафрагмы.
И немножко рассуждений насчет затвора, на примере камеры Nikon D80.
Выдержка синхронизации этой камеры составляет 1/200 секунды. Это означает, что именно такой промежуток времени нужно шторкам затвора для прохождения расстояния, равного высоте матрицы.
Если нужно проводить съемку на выдержках длиннее или равной выдержке синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:
На таких выдержках легко синхронизировать вспышку и работу затвора. Обычно вспышка срабатывает после первой шторки (как только затвор полностью открывает матрицу), либо перед началом движения второй шторки (перед закрытием затвора). Например, импульс моей вспышки Nikon SB-910 имеет длительность от 1\800 с до 1\40.000 с в зависимости от мощности. Во время срабатывания вспышки матрица камеры полностью открыта и нет никаких проблем с синхронизацией.
Если нужно проводить съемку на выдержках короче выдержки синхронизации, то затвор будет работать следующим образом:
На таких выдержках синхронизировать работу вспышки с затвором сложно. Если вспышка сработает только в какой-то определенный момент, то на снимке мы получим полосу, которая формируется щелью затвора. Чтобы обойти такое ограничение, применяют вспышки с высокоскоростной синхронизацией, которые “светят” все время движения обеих шторок, для избежания появления полос.
Интересно, но если мы проводим съемку на 1/60 секунды, то на самом деле затвору требуется куда больше времени на свою работу. Так, тратится 1/60 с на спуск первой шторки и ожидание второй, 1/200 с на движение второй шторки и как минимум еще 1/200 с на подъем обеих шторок в изначальное положение (идеальный случай, в реальности времени нужно больше). Итого 1/60 + 1/200 + 1/200 = 2/75 с. Если убрать ограничения на работу зеркала, диафрагмы и процессора камеры, то за одну секунду при идеальных условиях можно будет снять не больше 38 кадров, и это является механическим ограничением серийной съемки.
В то же время, камеры, использующие электронный затвор, которому не нужно тратить время на движения шторок, уже сейчас без проблем позволяет снимать со скоростью 60 кадров в секунду в режиме фото (в качестве примера посмотрите на Nikon 1 J1). Только представьте себе, как полезно было бы для фоторепортеров и фотографов снимающих спорт, фотографировать определенные события с такой огромной скоростью. Для примера, самая быстрая зеркальная камера на 2014 год – Canon 1DX, снимает максимум со скоростью 14 кадров в секунду, что в 4 раза ниже чем 60 к/с у некоторых беззеркальных камер с электронным затвором. Вот только беда, что современные камеры с электронным затвором имеют свои недостатки, например страдают ‘rolling shutter’ и т.д. и пока остается только мечтать про электронный затвор, обладающий положительными качествами механического затвора и огромной скоростью съемки.
Кстати, “реальную” скорость движения шторок затвора легко посчитать. Высота матрица Nikon D80 составляет 15,8 мм, шторка проходит это расстояние за 1/200 секунды, а ее скорость составляет 3,16 м/с или 11,38 км/ч, что совсем немного 🙂
Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.