7個基本步驟來了解全局快門VS滾動快門以及高幀率

09-20

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今天我們來了解一下高幀率下的全局快門VS滾動快門、快門角度和曝光的基本知識。

1. 機械快門

在膠片攝影機中，快門是一個機械旋轉鏡。每次曝光它會旋轉360度，它在特定的時間量里，交替的覆蓋、打開膠片門。快門的RPM是機械固定的並由幀速率決定，且曝光時間由快門角度來確定。

2. 滾動快門

許多數字攝像機的電子快門設有滾動快門，在重置準備下一個畫面曝光之前，其中的數據從感測器頂部到底部逐列被讀出。

滾動快門表現為一個明顯歪斜並會成為垂直線的圖像中，如果有攝影機或拍攝對象跨過幀快速移動。如果感測器讀出速度特別慢且畫面中有快動作，會產生不需要的動態疊影使整個圖像變形。大多數的滾動快門速度非常快，最大限度地減少了潛在的問題。RED和Arri很多攝影機都有滾動快門，這比全局快門的更賦電影感。

即使是高幀率攝影機，如Phantom數字電影攝像機採用滾動快門，但讀出時間只有1毫秒。

這個圖表中我們可以比較不同型號攝影機的滾動快門讀出次數：

3. 全局快門

全局快門不同於滾動快門，一個完整的曝光結束時，光一次性被完全阻止，接著數據被讀取並為下一個曝光做重置。

全局快門保持垂直線或物體通過畫面水平移動。然而，運動的感覺是明顯不同的。根據全局快門的實現方式，和滾動快門相比，光和可能的動態範圍只會消耗一點。

4.快門角度

快門角度是指旋轉機械快門的實際開口物理角度。開口的角度決定了曝光的快門轉動的持續時間。機械快門的大部分都沒有在數字電影攝影機中。

快門角度能控制動態模糊。曝光時間越長，動態模糊越多，曝光時間越短，運動物體會表現的更清晰。

曝光時間（1/ X秒）=幀速率×（360/快門角度）。例如，180度快門，24fps幀率（180度是標準的）：

180度：24×（360/180）= 1 /48秒

下面是24fps幀率下，快門角度高達220度的計算：

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

快門角度的變化影響著曝光時間，並且需要光圈的變化來補償，以維持正確的曝光。當然，光圈的變化會影響景深。因此，如果景深需要保持不變，唯一能做的就是添加ND濾鏡（如果減少光來補償曝光時間），或增加場景的實際光照（如果給較短的曝光時間做補償）。

如果以180度為基準（正常）的角度為「全面曝光」，那麼下面的補償表則是合適的：

快門角度 F-STOP/ T補償

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.高幀率

在數字電影時代，我們的攝影機比以往任何時候都有高幀速率的需求。這在過去是一個特殊的要求，但在現在是一個期望的需求。

捕捉海浪細節，流體流動或簡單的平穩慢動作已不再是鞭長莫及。許多電影攝影機，現在都可以拍，幀率至少都是60fps的。

雖然對我們大多數人來說1000——2000fps仍然是遙不可及的，Phantom Flex 4K攝影機正在推進能到達的極限。

要注意高幀速率對曝光（及光的要求）的影響。

對於任何攝影機來說，無論感測器怎樣，無論製造商對於曝光和幀率的制定規則是否是真實的，這都是純粹的數學運算。每次應用雙倍幀速率時，每一幀畫面曝光時間都會減半，照到感測器的光量也減半。

舉一個例子，假設180度的「標準」的快門角度。每秒24幀，一個180度的快門提供的曝光時間為1 /48秒。如果幀率為48fps，用相同的快門角度，曝光時間減半為1/96秒。只有在48fps時，會損失一整檔光。

推斷一下，用25fps而不是24fps的幀率為出發點，因為它會大量產生出整數：

25fps@ 180deg = 1/50秒

50fps@ 180deg = 1/100秒（損失1檔）

100FPS @ 180deg = 1/200秒（損失2檔）

200fps @ 180deg = 1/400秒（損失3檔）

400fps @ 180deg = 1 /800秒（損失4檔）

當然，幀速率可以是在這些數字之間。你可以看到每一次損失一檔光，我們加倍的幀速率。一整檔光的損失不是小數量的。每損失一檔，光就會減半。

損失1檔= 1/2的光

損失2檔= 1/4的光

損失3檔= 1/8的光

損失4檔= 1/16的光

正常幀速率的快門角度的變化影響著曝光時間，並且需要光圈或燈光來進行補償，高幀頻則需要更多補償。這意味著如果你有足夠的光線正確的曝光，25fps下不想影響景深（打開光圈），你必須有兩倍的光照來照亮場景或拍攝對象，以獲得50fps下正確的曝光。

必須要有四倍的光照，以達到100FPS下的正確曝光。這只是每次加倍，所以要達到200fps下的正確曝光，場景需要8倍的光量，並是在正常25fps的幀速率下。

太陽給了我們充足的光線，所以在外面的日光下，拍攝高幀速率時，補償曝光時間的問題要少得多。

但是在室內的人工照明，每次給幀速率加倍時，必須小心調動燈光。

這是正常的，例如高速桌面拍攝需要大量的光。如果你在拍攝現場，產品拍攝涉及流體流動時，現場有一台Phantom，拍攝幀率為1000fps，產品上的光會很很亮很亮。

6.基礎感光

說到高幀速率，較高的「原生」基礎ISO或曝光指數（EI）總是有好處的，比較攝影機時要記住這一點。每個感測器都是不同的，每個攝影機捕捉高幀率的表現都不同。

如果一個特定的攝影機在高幀率下給出的圖像較亮，要麼是因為感測器具有更高的基礎ISO，要麼是在躁訊可接受的情況下，基礎ISO可提高。

感測器的基礎感光由很多東西決定，其中最簡單的是感光單元的規格尺寸，以及感測器上的感光單元數目。如果提高解析度（或感光單元的數目），並保持感測器尺寸不變，則感光單元變得越來越小，一般化基礎感光也降低。

基礎感光之間的空間數量，以及每個感光上的電路所需空間量，都是決定因素。

7.燈光

光線充足時感測器的性能會表現的最佳，而每幀畫面曝光時間很短時（如提高幀率），唯一的解決辦法就是增加更多的光。

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