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電子快門如何影響畫質?

電子快門在目前的數位相機越來越常見了,但是它的特性卻不是很普遍的資訊。所以筆者做了一些測試,希望也能幫到不知道該怎麼選擇的攝影師們。

對於不太了解快門工作原理的人,先簡單說明一下按下快門鈕前後,相機裡發生了那些事情。現代的無反光鏡相機,都具有電子取景器或是螢幕。構圖時快門是開啟的,相機以每秒30個左右的畫面來一直顯示感光元件上讀取到的影像。一按下快門鈕拍攝,相機的前簾幕會立刻關上同時把感光元件歸零準備曝光,接著前簾會花4~8ms打開,後簾再花一樣的時間關上。開關的時間差就是所謂的快門速度。確定曝光完成後,感光元件會快始讀取剛才測量到的光線,經過一番處理寫入到記憶卡。讀取完畢後簾會再度張開,回到取景的連續讀取狀態。這也是為什麼拍照時畫面短暫變黑。但機械快門有先天的限制。隨著曝光時間縮短,前後簾間的間隙會減少,因為前後簾不在同一個平面上,這個狹縫的精度會很難控制。所以通常機械快門的上限會在1/4000s上下。而且相機也會有快門壽命的限制。

如果使用閃光燈拍照,燈管放電的時間都落在萬分之一秒的等級,同一支閃光燈輸出越小,點亮的持續時間越短。為了讓閃光燈可以完整照亮畫面,亮燈的時間必須在前簾完全開啟後,後簾關閉之前。達到這個條件的臨界快門,就是這一台相機的閃燈同步速度。一般這個值會落在125~250之間。

我一開始只是希望減少快門簾損好而嘗試使用電子快門,結果發現富士很慷慨地地給了6種不同模式,綜合了說明書與爬文找到的資訊。分別介紹如下,範例機種為X-H2,其他款式的機械快門上限也許不同,但規則大致是一樣的。

機械快門:閃燈同步速度在1/250s,快門速度上限是1/8000s,除了比較大聲跟多一點震動外沒什麼缺點,畢竟這是歷史最久的傳統設計。

電子快門:需要逐掃描行讀取,讀取完整個畫面速度大約在1/30s~1/15s,快速移動的物體因此在畫面上下是不同時間紀錄的,而會有所謂的果凍效應。電子快門好處是速度高達1/180,000s,在大太陽下可以開很大光圈,不太需要另外帶ND濾鏡。缺點是無法使用延伸ISO,也是唯一完全不能用閃光燈的模式,但會用到閃光燈的情境不是光線不夠就時想要凍結高速運動的主題。弱光不太會用到高速快門;要用閃光燈凍結物體的話,機械快門就做得很好了。

電子前簾快門:同樣需要逐掃描行讀取,但用機械快門先阻擋曝光,接著再慢慢讀取。可以達到機械快門的速度,又能搭配閃光燈。是很平衡的解法,但是⋯⋯會影響散景、有時侯畫面曝光會不均勻,如下圖。
電子快門如何影響畫質?

再來就是以上的排列組合了:

機械+電子快門:傳統攝影師大概會喜歡這個,預設用機械快門,不小心太亮,需要比1/8000s高速時,自動換成電子快門。

電子前簾+機械快門:同樣是機械快門為主,低於1/2000s時散景影響不明顯時改用電子前簾來減少震動並減低噪音。但就不能使用超過1/8000s的快門了。適合對畫質非常要求,隨身會帶著ND濾鏡的攝影師。

電子前簾+機械快門+電子快門:結合以上兩種的優勢,低於1/2000s時用電子前簾、超過1/8000s時使用電子快門。(我後來都無腦用這個省得切換)

以下是同光線下對刻意切換前三種模式拍攝結果的對比。首先是機械快門的對照組。我刻意用延伸ISO來拍,可以比較出差別。(1/8000,ISO 25600)
電子快門如何影響畫質?

接著是電子快門,由於不能用到延伸ISO所以比較暗。仔細看還會發現橫向的明暗條紋,來自於LED光源的閃爍。(1/8000,ISO 12800)
電子快門如何影響畫質?

再來是前面提到電子前簾的照片。仔細看可以發現散景是半圓形的,這是因為機械快門簾跟感光平面有一點距離,所以(電子)前簾與(機械)後簾檔住光路的程度不同而產生的。同時畫面上半部也比較暗,這部分則是前後簾的行進速度差異產生的。(1/8000,ISO 25600)
電子快門如何影響畫質?

這幾種模式各有擅場,多數時候差異不大,但如果發現畫面和預期不同,至少可以知道原因跟調整的方向。
2024-04-01 7:07 發佈
文章關鍵字 電子快門 畫質
感謝分享, 長知識了。我最後多多用電子快門, 因為比較靜。
eremophobia wrote:
電子快門:需要逐掃描行讀取,讀取完整個畫面速度大約在1/30s~1/15s,快速移動的物體因此在畫面上下是不同時間紀錄的,而會有所謂的果凍效應。


攝影機都是電子快門,果凍效應不是由電子快門而起,是受到SENSOR構造影響,有人以為全域快門是黑科技,事實上不是,老早就有全域快門的SENSOR只不過畫素不高價格高昂,大多是工業用或是專案在用

用全域快門的SENSOR就沒果凍效應,用逐行掃描的SENSOR就有,CMOS非常多是逐行掃描的架構,因為便宜

https://www.sony-semicon.com/en/products/is/industry/global-shutter.html
Wahaha214 wrote:
攝影機都是電子快門,...(恕刪)


你以為我真的會all in喔?我只是在諷刺那些說相機不長進的人。
我看過一段影片現在找不到,好像是大陸那邊的Sony 官網製作的。
影片比較全域快門和電子快門的優缺點。全域快門除了果凍之外,很多方面理論上都是劣勢。
但a9lll發表後,一切疑慮都消失了,理論上的劣勢有很好的解決,甚至比一般高階相機更有所突破,這才是Sony真是邪惡的地方。
手機那小不拉嘰的感光元件,對果凍效應還是無轍,全域快門什麼時候,或會不會應用在手機上?
喔哪那不是主流是吧!那iPhone 為什麼不在黑科技方面長進一點,整天在那邊玩化妝術,哎那也不是主流,對一般人完全無概念,所以不值得發展。
因此並不是相機不長進,只是一般主流並不關心那種非主流的黑科技,選擇性跳過就不求甚解了。
eremophobia wrote:
電子快門在目前的數位...(恕刪)


感謝分享,
幫我理解很多問題。

我的相機太老舊,
都機械快門,
最後買的一台有”靜音模式”,
我本來以為那是用來偷拍不影響他人的,
原來那就是電子快門…

相機沒聲音很不習慣,
所以我都使用機械快門,
好在現在手機有了”模擬聲浪”,
有聲音總是比較靠譜一點。
jill1124 wrote:
手機那小不拉嘰的感光元件,對果凍效應還是無轍,全域快門什麼時候,或會不會應用在手機上?


工業用攝影機就是用小不拉嘰的感光元件,1/3或是2/3吋,其實你去查工業攝影機廠商的網頁就知道了。
全域快門工業上非常多用在AOI的DEFECT檢測還有其他應用,機器跑很快不可能用有果凍效應的攝影機

手機不是不用,而是價格高,你看SONY那台還有Z9賣多少錢
bbn019

好像大多都用CCD,沒思考過這個問題,原來是為了避免果凍。

2024-04-02 12:56
eremophobia
eremophobia 樓主

但是CCD反差大時會漏光很煩

2024-04-03 23:35
我真的覺得富士的快門設計是最好的
可以自己判斷電子或機械
我吃過電子快門虧 之後就一定使用機械快門了
jill1124

非常讚同,經樓主解說,富士的快門設計的確讓使用者的選擇更有彈性。

2024-04-02 14:25
eremophobia
eremophobia 樓主

口袋不深沒用過別家,有機會用到希望也能研究看看。

2024-04-03 23:36
jill1124 wrote:
但a9lll發表後,一切疑慮都消失了,理論上的劣勢有很好的解決,甚至比一般高階相機更有所突破,這才是Sony真是邪惡的地方。


這裡的疑慮消失是指A9 III 全域快門的劣勢...真的就是劣勢
靜態影像的動態範圍就是不行, 有興趣去看看評測就知道
jill1124

https://newguest88.pixnet.net/blog/post/357154051

2024-04-02 12:05
jill1124

https://www.photonstophotos.net///Charts/PDR.htm#Sony%20ILCE-9M3

2024-04-02 12:13
Wahaha214 wrote:
工業用攝影機就是用小...(恕刪)


高階相機都賣十幾二十萬沒錯,
但他賣的量比iPhone 少太多了,
果粉都是上流階級,
售價高一點應該不會是問題。

問題是工業用的畫素太低,
畫質也比較差,
果粉肯定不能接受。

果粉看不出果凍,
但看得出顏值,
所以iPhone 不太有全域快門的需求。

如果不是Sony在這方面有所突破,
應用在全幅千萬畫素也有不錯的結果,
那就不可能預期可以應用在手機上。

其實Nikon 和canon在工業用產品,
也有這方面的技術,
現在只是Sony搶頭香,
Nikon 和canon很快也會的追上。

手機廠肯定不會去研發這個東西,
但這三大廠有技術,
應該會研發手機用的全域快門,
到時候iPhone 就跟Sony買就好了。
jill1124 wrote:
高階相機都賣十幾二十...(恕刪)



World's Fastest Camera Drone Vs F1 Car (ft. Max Verstappen)


空拍機、穿越機有剛性需求,也需要全域,我覺得警察應該也要配備這個。
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