電子快門(mén)為何會(huì)導(dǎo)致果凍現(xiàn)象？

Ringcao

隨著影像拍攝以及Vlog大行其道，不論是單反還是無(wú)反（微單）相機(jī)，“即時(shí)顯示拍攝”（Live View Shooting） 都成了標(biāo)準(zhǔn)的功能。“即時(shí)顯示拍攝”是指直接用肉眼觀察LCD 液晶顯示屏取景的拍攝方法。從技術(shù)層面上講，Live View Shooting加快了“電子快門(mén)”的普及。當(dāng)然，“電子快門(mén)”也誕生有一些年代了，早前卡片型的數(shù)碼相機(jī)、GoPro、手機(jī)等沒(méi)有機(jī)械快門(mén)的小型影像器材都使用“電子快門(mén)”來(lái)控制曝光。

那有人會(huì)問(wèn)，為什么新一代的相機(jī)都內(nèi)建了“電子快門(mén)”，但部分機(jī)器還保留“機(jī)械快門(mén)”呢？道理很簡(jiǎn)單，技術(shù)的迭代也不是完全把老技術(shù)拍死，機(jī)械快門(mén)也有它適合的用戶(hù)。

現(xiàn)在的相機(jī)快門(mén)大致分為三類(lèi)：“機(jī)械快門(mén)”（Mechanical Shutter）、“電子快門(mén)”（Electronic Shutter） 及“電子前簾快門(mén)”（Electronic Front Curtain Shutter）。

老攝友對(duì)機(jī)械快門(mén)都不會(huì)陌生，單反相機(jī)全都通過(guò)機(jī)械快門(mén)簾的開(kāi)合來(lái)控制曝光。由于是物理式的開(kāi)關(guān)，因此會(huì)出現(xiàn)響亮的“咔嚓”聲。大部分的機(jī)械快門(mén)由前簾和后簾所組成。快門(mén)被按下那一刻，前簾會(huì)瞬間向下移動(dòng)，光線直抵感光元件（CMOS），進(jìn)入曝光狀態(tài)。 曝光時(shí)間結(jié)束后，快門(mén)后簾會(huì)向上移動(dòng)封閉感光元件，阻止光線進(jìn)入。

按下快門(mén)的一瞬間，已預(yù)先開(kāi)啟的前簾維持不動(dòng)，而感光元件則開(kāi)始曝光。曝光完成后，后簾才升起阻擋光線。 可以說(shuō)“電子前簾快門(mén)”是“機(jī)械快門(mén)”和“電子快門(mén)”的混合體，而產(chǎn)生的噪聲也介乎兩者之間。

左：機(jī)械快門(mén)簾。右：CMOS感光元件

相機(jī)電子快門(mén)/靜音設(shè)定

既然有越來(lái)越多相機(jī)支持電子快門(mén)，它一定有其過(guò)人之處吧。其實(shí)這話(huà)看怎么講，第一個(gè)確實(shí)它的優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)明顯，就是靜音操作?？扉T(mén)運(yùn)作時(shí)，一點(diǎn)聲音也沒(méi)有，特別適合寧?kù)o環(huán)境下（如演奏廳）的拍攝工作。

第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是它可以完全消除機(jī)械快門(mén)簾開(kāi)合時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)，尤其現(xiàn)今的照片尺寸動(dòng)輒超過(guò)2000萬(wàn)像素，如果加上長(zhǎng)焦距拍攝，輕微的震動(dòng)足以影響清晰度。

第三，由于沒(méi)有前后簾的開(kāi)合，在高速閃燈同步（High Speed Sync / X-Sync）時(shí)，相機(jī)基本上不會(huì)出現(xiàn)部分畫(huà)面被遮黑的現(xiàn)象。

這當(dāng)中有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：遮黑現(xiàn)象。它是怎么造成的呢？我們來(lái)了解一下。

閃光攝影中的“同步”，是指“閃光燈正好在快門(mén)完全開(kāi)啟時(shí)的瞬間閃亮”。

由于電子閃光燈的閃光持續(xù)時(shí)間極為短暫，如果不是在快門(mén)完全開(kāi)啟時(shí)觸發(fā)閃光，則會(huì)使整幅畫(huà)面感受的閃光量不足，或使部分畫(huà)面受到閃光、部分畫(huà)面沒(méi)有受到閃光，甚至使整幅畫(huà)面都沒(méi)有感受閃光，這些情況都稱(chēng)為“不同步”。

不難理解，你在進(jìn)行閃光攝影時(shí)，確?！巴健笔窍葲Q條件。對(duì)性能正常的相機(jī)與閃光燈來(lái)說(shuō)，要取得同步效果是與使用的快門(mén)速度直接相關(guān)的。

不同的照相機(jī)的閃光同步速度是不一樣的，傳統(tǒng)的膠卷相機(jī)多數(shù)在1/60秒到1/250秒之間（當(dāng)然也有更高或者更低的閃光同步速度），閃光同步速度會(huì)在照相機(jī)的速度盤(pán)對(duì)應(yīng)的刻度上用不同顏色標(biāo)示。只要應(yīng)用閃光同步速度或者比閃光不同步速度更慢的其他任何快門(mén)速度，閃光燈都能閃光同步。

單反的同步速度只有1/200秒，那么如若需要更高速度的快門(mén)，比如1/4000或更高的快門(mén)速度，應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)呢？如果把快門(mén)做成一條狹縫，這個(gè)狹縫掃過(guò)整個(gè)感光元件需要1/200秒，感光元件上每行像素點(diǎn)受到光照時(shí)間就可以做到小于1/200秒了，只要狹縫做得足夠窄，也可以實(shí)現(xiàn)1/4000秒的高速快門(mén)。

當(dāng)快門(mén)速度高于1/200秒以后，會(huì)出現(xiàn)黑色的欠曝區(qū)域。原因是在前簾剛剛打開(kāi)，狹縫剛剛通過(guò)CMOS最左的時(shí)候，閃光燈開(kāi)始閃光，畫(huà)面左側(cè)被打亮，然后閃光燈結(jié)束，剩下的右半邊CMOS都沒(méi)有被閃光燈打到，所以是黑色。

相機(jī)的快門(mén)速度超出了閃光同步速度之后，要看看你的相機(jī)是否支持高速同步，再看看閃光燈和引閃器是否支持高速同步，如果相機(jī)支持高速同步，閃光燈和引閃器只要有一個(gè)不支持高速同步，快門(mén)速度過(guò)高都會(huì)出現(xiàn)這種黑邊。

使用機(jī)械快門(mén)時(shí)，當(dāng)閃光燈最高同步速度（比如1/250秒）大于相機(jī)允許范圍（如1/200秒）時(shí)，部分畫(huà)面會(huì)出現(xiàn)遮黑現(xiàn)象

果凍現(xiàn)象讓飛機(jī)的螺旋槳嚴(yán)重變形（右圖）

果凍現(xiàn)象讓貨車(chē)車(chē)架有一定扭曲

至于逐行掃描的CMOS如何與運(yùn)動(dòng)中的主體形成扭曲影像，實(shí)在難以用文字去說(shuō)明，還是看圖像吧

“電子快門(mén)”既安靜又不會(huì)產(chǎn)生物理性震動(dòng)，那為何不以它全面取代“機(jī)械快門(mén)”？

因?yàn)?“電子快門(mén)”有個(gè)致命的問(wèn)題，就是它經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生“果凍現(xiàn)象”（Jello Effect），又稱(chēng)“滾動(dòng)式快門(mén)”（Rolloing Shutter）現(xiàn)象。從右圖可以看到“電子快門(mén)”對(duì)畫(huà)面造成扭曲及變形的“果凍現(xiàn)象”，這并不是相機(jī)真實(shí)觀察到的紀(jì)錄影像，特別是拍攝快速移動(dòng)的物體時(shí)尤其如此。

來(lái)到本篇的重點(diǎn)， “電子快門(mén)”為什么會(huì)扭曲高速移動(dòng)的主體？首先，我們要了解感光元件如何取得每個(gè)像素 （Pixel） 的曝光值。

感光元件有兩種方法讀取像素的值，包括“全域快門(mén)” 和“滾動(dòng)式快門(mén)”?！叭蚩扉T(mén)”是常用于 CCD 類(lèi)的感光元件；“滾動(dòng)式快門(mén)”則廣泛應(yīng)用于 CMOS 類(lèi)感光元件。 基于生產(chǎn)成本，只有感光元件較小的相機(jī)才會(huì)使用 CCD，現(xiàn)今大部分全片幅和 APS-C 相機(jī)都采用CMOS感光元件。

“全域快門(mén)” 的感光元件會(huì)同步讀取所有像素，換句話(huà)說(shuō)，整片感光元件同時(shí)曝光，是較理想的電子快門(mén)。“滾動(dòng)式快門(mén)”則不會(huì)同時(shí)讀取所有像素的值，而是以?huà)呙璺绞剑缮隙轮鹦凶x取。這是感光元件的運(yùn)作機(jī)制，無(wú)論是使用機(jī)械快門(mén)還是電子快門(mén)，都不會(huì)改變CMOS讀取資料的方式。

但采用機(jī)械快門(mén)時(shí)，后簾被關(guān)上后，光線被完全隔絕，因此，感光元件上的資料不會(huì)再被更新。全電子快門(mén)則不同，感光元件無(wú)時(shí)無(wú)刻不暴露于光線下。相機(jī)讀取第一行資料時(shí)，第二行至最后一行的資料也會(huì)隨攝影主體的移動(dòng)而不斷變化。

從上述一系列的圖示及動(dòng)畫(huà)，大家應(yīng)該明白電子快門(mén)如何令拍攝主體變形吧！除變形外，也有可能產(chǎn)生鋸齒。總的來(lái)說(shuō)，機(jī)械快門(mén)會(huì)產(chǎn)生輕微震動(dòng)和雜訊，所以也有快門(mén)預(yù)升這一功能。而電子快門(mén)雖然無(wú)聲，卻不適合拍攝快速移動(dòng)的主體，否則會(huì)產(chǎn)生“果凍現(xiàn)象”或“滾動(dòng)式快門(mén)”現(xiàn)象。攝影愛(ài)好者應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)切換快門(mén)的模式，這就是相機(jī)同時(shí)提供機(jī)械及電子快門(mén)的原因。