Чому камери використовують одиничну експозицію, а не інтегруються для багатьох дуже швидких зчитувань?

Я ніколи не розумів, чому камери потребують затвора з певною швидкістю і чому це не можна регулювати в процесі післяобробки. Я думаю, що даний датчик працює цілісно: вони заощаджують кількість світла, що потрапляє до них протягом усього часу, коли затвор відкритий. Але чому вони не можуть працювати диференційовано?

У мене на думці є така ідея: встановіть швидкість затвора відкритою на тривалий час, більше тієї, яка вам потрібна ... наприклад, при денному світлі встановіть її на 1 секунду, натисніть кнопку, затвор відкриється і датчик запуститься для запису, але диференційовано: це дозволило б заощадити кількість світла, що досягає його кожні 0,001 секунди за 1 секунду. Таким чином я маю більше інформації, адже я маю 1000 кадрів, записаних за 1 секунду, і в післяобробці я можу вибрати інтеграцію лише першої десятки, для імітації кадра з 0,01 секунди, або першої сотні, для імітації кадру з 0,1 друга експозиція

Використовуючи або складну обробку, або ручним вибором областей, я навіть міг вирішити використовувати різну експозицію для різних частин кінцевого зображення, наприклад, експозиції 0,1 секунди для землі та 0,03 для неба, використовуючи 100 кадрів для неба та 30 кадрів для неба.

Чи є сенс? Чому камери не працюють таким чином?

Проблема - швидкість зчитування. Ви не можете прочитати весь датчик досить швидко, щоб це працювало в загальному випадку. Навіть якби ти міг. це також матиме згубний вплив на якість зображення, оскільки ви будете застосовувати шум, який читається, знову і знову.

Принаймні, з датчиками CMOS ви можете читати у випадкових місцях, але з датчиками CCD кожен рядок переміщується в наступний, щоб здійснити зчитування. Ось чому, коли світло занадто яскраве, ви отримуєте вертикальні смуги при попередньому перегляді камер за допомогою CCD-апаратів.

Тоді є причини, чому фотографи вибирають швидкість затвора : щоб заморозити фрагмент часу. Люди майже завжди були б розмитими, якби ви не зупинили затвор досить швидко.

Я думаю, що вони могли працювати так, але є дві великі проблеми:

1. Оскільки датчики зараз працюють, шум читання відбувається лише один раз. При багатьох дуже коротких показаннях шум читання буде ускладнений.
2. Є просто більше даних, ніж ми можемо обробити. Це і проблема в тому, що насправді читати датчик (занадто багато даних для читання), і отримані файли RAW були б на порядок більше, ніж вони є сьогодні.

У своєму первісному запитанні ви використовували четверту секунду як приклад. Це насправді не дуже велика швидкість затвора взагалі, і вже 10 × там, де ми знаходимось із поточними камерами. Щоб це було справді значимим, нам знадобиться технологія до того моменту, коли датчик зчитується в 10 - 100 разів швидше, ніж той - що значно ускладнює проблеми.

Друга проблема буде вирішена законом Мура через десять-два роки, і перша може бути також, коли електроніка стає меншою і точнішою. Наразі це не практично.

Olympus OM-D E-M5 насправді має особливість, коли він показує, що експозиція "розвивається" при тривалій експозиції, але це дозволяє уникнути вищезазначених проблем, вимагаючи мінімум півсекунди між показаннями: корисно лише для довгих експозицій.

Але в майбутньому, з кращою електронікою, всі камери, ймовірно, працюватимуть саме так, і, маючи набагато більше пам’яті, вони також можуть постійно записувати. Кнопка «затвора» просто послужить для позначення частини потоку як цікавої для подальшого розвитку. І поки ми в цьому, відкиньте об'єктив і зробіть цю камеру на 360 ° у світлому полі; обрамлення, діафрагму та фокус можна також вибрати після факту, викинувши загальноприйняту мудрість щодо основ камери повністю у вікно

Як згадувало багато людей, у цьому є аспект швидкості читання. Схема візуалізації не може просто "здобути" значення пікселів датчика миттєво, їх слід читати по черзі.

Потім ви також повинні подумати про те, куди йдуть ці значення оновлення пікселів. Навіть при деякій компресії, якщо припустити низьку ентропію пізніших кадрів відносно попередніх кадрів, вони займуть значну кількість місця. Крім того, дані, які трапляються не дуже стислими, сповільнюватимуть весь процес - оскільки компресивність нового кадру відносно старого не може бути гарантована, системі все одно потрібно мати достатню пропускну здатність, щоб покрити найгірший сценарій без погіршення.

Нарешті, (а це дещо банально) потрібно враховувати вплив нерівності Гейзенберга чи принципу невизначеності. У кожному зразку ми маємо рівень невизначеності щодо вимірювання. Беручи дуже багато зразків (кожен з яких ми, мабуть, маємо низьку впевненість, інакше ми могли б просто вибрати один кадр із тисячі або близько того), ми отримуємо невизначеність на кожному з цих кадрів, а не лише один раз. Це ускладнюється при поєднанні декількох кадрів, і тепер максимальна невизначеність множиться на кількість кадрів, з яких ви складаєте остаточне зображення. У гіршому випадку це може значно погіршити зображення.

Хоча ваша ідея інтригуюча, є кілька причин, через які вона не спрацює.

Розмір файлу: подумайте, наскільки великим буде файл зображення. Мій дзеркальний дзвінок 8 Мп надає файли розміром близько 3 Мб. Якщо щоразу, коли я натискав на затвор, було зроблено 100 зображень, я б на своїй картці взяв 300 Мб. Картка заповниться занадто швидко. Також це лише цифри для моєї камери, яка має порівняно низьку роздільну здатність. Для професійних камер розмір міг легко подвоїти або потроїти цей розмір. У сировині розмір може збільшитися ще в три рази. Врешті-решт, я про зйомку Сирого могла б закінчитися понад 3 ГБ на постріл.

Експозиція: іноді камеру потрібно виставляти довше 1/100 сек. щоб отримати належну кількість світла. Якщо ви знімаєте занадто мало світла, отримані зображення будуть неекспонованими та потенційно непридатними. Ви не можете просто комбінувати зображення, щоб компенсувати це, оскільки ви не можете знайти даних, яких там немає.

Шум: Коли датчики нагріваються, вони відображають явище, відоме як шум. Це крапку випадково забарвлених пікселів, помітну на деяких фотографіях. Якби датчик постійно працював секунду за раз, рівень шуму швидко зростав, що потенційно призведе до невикористаних зображень.

Швидкість запису на картці: Карти пам'яті обмежені тим, наскільки швидко вони можуть додавати інформацію. Це відомо як їх швидкість запису. Для обробки файлів такого розміру карткам потрібна швидка швидкість запису. Ці картки можуть бути надзвичайно дорогими.

Отже, підвести підсумок, це цікава ідея, але це одна із кількох великих перешкод на шляху.

Я сподіваюся, що це допомогло.

Можна відзначити, що з цього питання було задано дещо реалізацію в (принаймні деяких) смартфонах.

Оскільки технологічні межі не настільки покращилися, це, звичайно, обмежено дуже довгими експозиціями при дуже слабкому освітленні (наприклад, астрофотографія). Те, що програмне забезпечення зберігає декілька n-секундних експозицій, видно, якщо в кадрі є рух (у них будуть невеликі розриви при зчитуванні).

Укладання можна навіть переглядати в режимі реального часу на екрані, оскільки зображення "результат" стає все яскравішим.

Є камери, які по суті працюють таким чином. Пошук камер високого динамічного діапазону (HDR). Найменш дорогі працюють, сковуючи експозицію, по суті роблячи дві або чотири різних експозиції, а потім поєднуючи їх у внутрішньому програмному забезпеченні в єдине зображення. Насправді це можна зробити за допомогою будь-якої камери, використовуючи зовнішнє програмне забезпечення .

Як я розумію, як працюють HDR-камери вищого класу, вони в основному динамічно обчислюють окремий час автоекспозиції для кожного окремого пікселя і використовують це для визначення фактичної яскравості сцени. Це вирішує проблему з тоннами і тонами даних для кожного пікселя, ви, як правило, просто зберігаєте час експозиції та значення кольорів, коли вони перетинають певний поріг яскравості. Очевидно, що для того, щоб виправитись, потрібні набагато складніші апаратні та програмні засоби.

Є кілька різних типів жалюзі, але головні - це механічні та електронні жалюзі (датчик увімкнено / вимкнено).

Більшість DSLR використовують затвор фокусної площини, тоді як відеокамери використовують електронні стулки. Тож як це звучить як те, що ви хочете зробити, інтегруючи їх, є й інші способи цього досягти.

Основна причина затвора - експозиція, основоположний принцип фотозйомки.

Ви, напевно, могли щось встановити для свого прикладу. Можливо, ви хочете переглянути брекетинг або, якщо цього недостатньо, прив’язування.

0,01 = 1/100 і має високу швидкість затвора. Більшість камер підтримують швидкість до 1/8000 секунд.

Просто в останній частині:

скажімо, що він економить кількість світла, що досягає його кожні 0,01 секунди протягом 1 секунди.

Вам все одно потрібно буде думати про витримку цього знімка кожні 0,01 секунди.

Окрім пунктів, які всі інші зробили - що буде з експозицією?

наприклад, для моєї звичайної камери мені потрібна фотосесія на 1 секунду. По суті, це означає, що світло, що фіксується датчиком, за 1 секунду.

Гаразд, переходимо до запропонованих вами пропозицій, камера записує світло в 0,001 секунди 1000 разів. Усі ці зображення є неекспонованими і тому марними. Якщо я їх укладаю, я не отримую такого ж зображення, як звичайна камера, тому що укладання не фіксує недоекспозицію. Щоб отримати щось поблизу правильної експозиції, мені знадобиться дуже широка діафрагма, яка (навіть якщо ви зможете знайти відповідний об'єктив) матиме інші проблеми - глибина різкості тощо. Якщо ви маєте на увазі, що датчик буде досить чутливим, щоб насправді зафіксувати достатньо світиться в 0,001 секунди, щоб зображення було неекспоноване, ми мали б серйозну проблему із шумом. Ідея, яку ви згадуєте, про те, щоб включити / виключити кадри для отримання різної експозиції, вже обробляється в ПП за допомогою повзунка експозиції.

Ви можете спробувати свою ідею, зробивши знімки з коротким затвором (як ви пропонуєте), а потім уклавши їх або в програмне забезпечення HDR, або в програмне забезпечення для запуску.

Повідомлення, які ви згадуєте про зйомку землі та неба з різними експозиціями для врівноваження зображення, вже можна виправити в ПП за допомогою тіньових / підсвічуючих елементів керування та / або розділеного тонування.

Крім того, подумайте про фотографію бойових дій, як автоспорт, де мені потрібен довгий затвор під час панорами, щоб відчути швидкість і рух. Якщо я скажу 200 зображень із дуже малим часом затвора, я не зафіксую розмиття, і ефект знімка не спрацює.