Mengapa tidak ada rolling shutter saat menggunakan shutter mekanik?

Jadi saya tahu ini mungkin bukan tempat terbaik untuk mengajukan pertanyaan ini, tetapi mungkin beberapa dari Anda sudah familiar dengan mekanisme kamera mirrorless digital dan teknologi sensor CMOS.

Saya tidak begitu mengerti mengapa sensor gambar elektronik, yang menciptakan artefak rana bergulir, tidak menghasilkan gambar dengan masalah ini, ketika dikombinasikan dengan rana mekanis. Hal yang tidak saya dapatkan adalah sebagai berikut:

Rana bergulir terjadi karena pembacaan sensor dari satu sisi ke sisi lain (biasanya dari atas ke bawah), sehingga gambar sebenarnya dijahit bersama-sama dari garis pindai dari berbagai momen berturut-turut. Dalam pemahaman saya, pembacaan garis pemindaian meniru jendela rana mekanis yang bergerak di atas sensor (?). Sekarang ketika rana mekanik digunakan di depan sensor, rana mengambil alih tugas ini, sedangkan sensor dibaca secara global pada satu waktu (?). Karenanya, artefak rana bergulir tidak muncul pada gambar akhir. TETAPI jika sensor dapat dibaca secara global pada satu waktu, mengapa ini tidak terjadi begitu saja, ketika menggunakan rana elektronik? Mengapa sensor tidak hanya bisa dihidupkan dan dimatikan dalam misalnya 1/2000 detik sepenuhnya, menghindari rolling shutter? Mengapa "metode garis pindai" diperlukan untuk mengambil gambar,

Ketika saya memiliki kamera, yang dapat mengambil gambar diam pada 10fps dengan shutter mekanis, mengapa tidak berarti sensor dapat mengambil gambar pada 10fps secara elektronik tanpa menghasilkan rolling shutter?

Saya telah menemukan posting ini yang menjelaskan alasan umum untuk rolling shutter, tetapi bukan pertanyaan spesifik yang saya miliki.

Saya bahkan tidak tahu apakah asumsi saya benar, tetapi saya akan senang, jika seseorang bisa menjelaskan hal ini.

Ketika saya memiliki kamera, yang dapat mengambil gambar diam pada 10fps dengan shutter mekanis, mengapa tidak berarti sensor dapat mengambil gambar pada 10fps secara elektronik tanpa menghasilkan rolling shutter?

Untuk memahami alasannya, kita harus melihat piksel 3T (ransistor) yang khas:

3T pixel ini dapat digunakan dengan rolling shutters, tetapi tidak dengan shutters global (elektronik). Sinyal RST akan mengatur ulang tegangan melintasi fotodioda ke tegangan positif. Ketika cahaya terdeteksi, tegangan itu akan berkurang sebanding dengan muatan fotogenerasi yang terdeteksi. Bagian yang mengganggu untuk penutupan global adalah kita tidak dapat mematikan fotodioda . Kami tidak dapat membaca semua piksel secara bersamaan karena alasan praktis (terlalu banyak kabel, sirkuit pembacaan, daya, dll.), Sehingga selama lampu baca-keluar akan terus terkumpul di piksel lain yang menyebabkan outputnya berubah. Menambahkan rana mekanis akan memungkinkan untuk menjaga cahaya dari mencapai fotodioda, melewati masalah.

Untuk menerapkan penutupan global dalam CMOS, Anda setidaknya memerlukan 4T pixel:

Sinyal TG dapat digunakan untuk menutup atau membuka jalur untuk biaya fotogenerasi yang terdeteksi yang dikumpulkan di gerbang$M_{sf}$ . Ini adalah cara elektronik mengendalikan rana.

Kerugian utama dari penutupan global pada rolling shutter adalah bahwa jendela waktu pengambilan menjadi lebih pendek. Ini dijelaskan di pos yang Anda sebutkan. Hal ini juga ditunjukkan dalam diagram berikut (yang saya buat dengan cepat di cat).

$<1e^-$

Ada dua bagian untuk ini: Pertama, rolling shutter masih dapat terjadi dengan (beberapa, lihat catatan) penutup mekanis. Namun, ini hanya pada waktu paparan singkat. Rana dibuat dari dua tirai. Sebelum paparan, tirai 1 ada di depan sensor. Ketika eksposur dimulai, tirai 1 bergerak ke bawah (atau ke atas atau apa pun) dan mulai mengekspos sensor. Pada akhir paparan, gorden 2 bergerak dan menutupi sensor.

Katakanlah tirai mengambil 2 milidetik untuk melakukan seluruh gerakan. Jika Anda memiliki waktu pemaparan katakan 100 milidetik, itu berarti bahwa selama 98 milidetik, seluruh sensor terpapar pada waktu yang sama. Akibatnya, tidak ada shutter bergulir.

Namun, pada beberapa titik, penutup jendela tidak dapat bergerak cukup cepat, dan pada titik mana pun seluruh sensor terbuka (ini adalah titik di mana kamera Anda tidak akan dapat menggunakan sinkronisasi flash sederhana). Sebagai contoh, katakanlah kita memiliki waktu pencahayaan 1/1000. Itu berarti sensor kami hanya dapat terpapar selama 1 milidetik. Namun, jika tirai kedua menunggu tirai pertama sepenuhnya terkena sensor, bagian-bagian dari sensor sudah akan terkena selama 2 milidetik! Sebagai gantinya, tirai kedua mulai bergerak sebelum tirai pertama selesai, dan paparan terjadi sebagai "garis" sensor terbuka. Lihat video ini dari Slow Mo Guys di youtube, tempat Anda dapat dengan jelas melihat ini terjadi:

https://www.youtube.com/watch?v=CmjeCchGRQo

Jadi mengapa kita tidak melihat efek rana bergulir yang sama dengan kamera ini? Kami lakukan! Kami hanya tidak memperhatikan. Ini adalah jendela pada DSLR yang bergerak sangat cepat sehingga bahkan pada waktu 5 milidetik, mereka akan sering memaparkan seluruh sensor di beberapa titik (yang menghasilkan gambar buram jika gerakan tinggi, dan itu menyembunyikan "rolling shutter" "efek. Pada kecepatan rana yang lebih tinggi, jumlah gerakan yang diperlukan untuk memberi Anda efek rana bergulir (katakanlah pada 1/1000 eksposur kedua) sangat tinggi, jauh lebih tinggi daripada eksposur khas Anda dalam video. Tetapi jika kita mencapai itu kecepatan, rolling shutter adalah hal dengan penutup mekanis, lihat saja gambar ini dari wikipedia :

Saya tidak yakin bagaimana sensor pembacaan sensor DSLR modern terjadi, tetapi saya pikir mereka masih melakukan beberapa bentuk scanline. Ini tidak terkait dengan pencahayaan sensor, yang dilakukan oleh rana mekanis.

Catatan: Orang mungkin bisa mengatakan bahwa daun daun daun jendela yang digunakan di (sangat) kamera mahal bebas dari rolling shutter.