Рольставни

Роликовый затвор — это метод захвата изображения, при котором неподвижное изображение (в фотокамере) или каждый кадр видео (в видеокамере) снимается не путем создания снимка всей сцены в один момент времени, а, скорее, путем быстрого сканирования сцены по вертикали, горизонтали или вращению. Другими словами, не все части изображения сцены записываются в один и тот же момент. (Хотя во время воспроизведения все изображение сцены отображается сразу, как если бы оно представляло собой один момент времени.) Это приводит к предсказуемым искажениям быстро движущихся объектов или быстрых вспышек света. В этом отличие от « глобального затвора », при котором весь кадр снимается в один и тот же момент.

Рольставни могут быть механическими или электронными . ^[1]^[2] Преимущество этого электронного рольставня заключается в том, что датчик изображения может продолжать собирать фотоны во время процесса съемки, тем самым эффективно повышая чувствительность. Его можно найти во многих цифровых фото- и видеокамерах, использующих CMOS- сенсоры. Эффект наиболее заметен при изображении экстремальных условий движения или быстрого мигания света. Хотя некоторые CMOS-сенсоры используют глобальный затвор, ^[3] большинство из них, представленных на потребительском рынке, используют рольставни.

ПЗС-матрицы (устройства с зарядовой связью) являются альтернативой КМОП-сенсорам, которые, как правило, более чувствительны и дороги. ^{[ нужна ссылка ]} Камеры на основе ПЗС-матрицы часто используют глобальные затворы, которые делают снимок, представляющий «относительный» один момент времени, и поэтому не страдают от артефактов движения, вызванных рольставнями. ^[4]

Эффекты искажения

Рольставни могут вызвать такие последствия, как: ^[5]

Колебание . Это явление (также известное как эффект желе ) появляется, когда камера вибрирует, в таких ситуациях, как съемка с рук в режиме телеобъектива или при съемке из движущегося автомобиля. Роликовый затвор вызывает неестественное колебание изображения.
Перекос . Изображение изгибается по диагонали в том или ином направлении, когда камера или объект перемещаются из одной стороны в другую, экспонируя разные части изображения в разное время. Перекос — это незначительное проявление явления колебания, описанного выше.
Пространственное сглаживание . Выборка соседних по вертикали пикселей осуществляется в нарушение теоремы выборки, когда движение камеры или объекта слишком быстрое. Одним из примеров этого является изображение быстро вращающегося пропеллера. Размытие каждой лопасти вызвано тем, что пропеллер вращается с той же или почти той же скоростью, с которой кадр считывается камерой. Если смотреть перпендикулярно вентилятору, вращающемуся по часовой стрелке, лопасти с левой стороны кажутся тоньше, чем обычно, а лопасти с правой стороны кажутся толще и даже могут выглядеть так, как будто они не соединены в центре.

Временное сглаживание , включая частичное раскрытие . Если вспышка камеры работает только часть времени экспозиции, освещение вспышки может присутствовать только для некоторых рядов пикселей в данном кадре. Например, верхняя 1/3 изображения может быть ярко освещена вспышкой, а нижние 2/3 изображения темны и неосвещены, поскольку к моменту секвенирования части CMOS вспышка была выключена. Разница между двумя отдельными частями кадра может выглядеть странно. Подобные проблемы могут возникнуть при флуоресцентном освещении, стробоскопических эффектах, молниях или в любой экстремальной ситуации, когда очень быстрое движение или очень быстрые вспышки света наблюдаются в промежутке времени между последовательной записью кадра CMOS-чипом.

Эффекты рольставней могут оказаться затруднительными при съемке визуальных эффектов. Процесс сопоставления устанавливает перспективу в сцене, основанную на одном моменте времени, но это сложно сделать с рольставнями, которые обеспечивают несколько моментов времени в одном и том же кадре. Конечные результаты зависят от скорости считывания датчика и характера снимаемой сцены; Как правило, кинокамеры более высокого класса будут иметь более высокую скорость считывания и, следовательно, более мягкие артефакты роллетного затвора, чем камеры более низкого класса.

Изображения и видео, которые страдают от искажений скользящего затвора, можно улучшить с помощью алгоритмов, выполняющих исправление скользящего затвора или компенсацию скользящего затвора . Как это сделать – это активная область исследований. ^[5]

Этот эффект можно использовать для получения секретных ключей от определенных устройств чтения смарт-карт. ^[6]^[7]

Примеры искажений

Фотография с частичной экспозицией . Условия освещения менялись между экспозицией верхней и нижней части фотографии.
Имитация эффекта рольставней на вращающемся диске
(нажмите, чтобы увидеть анимацию)
Duration: 16 seconds.
Полосы цвета фуксии, вызванные движением затвора камеры, взаимодействующим с мерцанием выпрямленного с питанием от переменного тока светодиода , усиливают свет.
Перекос на фотографии, сделанной из автомобиля, движущегося со скоростью 80 км/ч (50 миль в час). Объекты на переднем плане, такие как забор и ворота, стали перекошенными, а более удаленные объекты на заднем плане, такие как скала , остались обычными.

См. также

Примечания

^ «Электронные опалубки: поворотные и глобальные затворы» (PDF) . Киновидеопродукты . Проверено 22 декабря 2011 г.
^ Операции затвора для датчиков изображения CCD и CMOS Kodak
^ «Затвор TrueSNAP замораживает быстродвижущиеся объекты» (PDF) . Эрик Фоссум. 13 ноября 2013 г. Проверено 13 ноября 2013 г.
^ «К CCD или CMOS, вот в чем вопрос | B&H Photo Video Pro Audio» . Bhphotovideo.com . Проверено 21 августа 2010 г.
^ Jump up to: ^а ^б Форссен, Рингаби, Хедборг. «Урок по работе с рольставнями» . Компьютерное зрение на камерах со скользящим затвором . Линчепингский университет . Проверено 26 декабря 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ «Криптоанализ на основе видео» . Бен Насси . Проверено 13 августа 2023 г.
^ Power LED Attack — компьютерщик , получено 13 августа 2023 г.

Внешние ссылки

[1] «Электронные опалубки: поворотные и глобальные затворы» (PDF) . Киновидеопродукты . Проверено 22 декабря 2011 г.

[2] Операции затвора для датчиков изображения CCD и CMOS Kodak

[3] «Затвор TrueSNAP замораживает быстродвижущиеся объекты» (PDF) . Эрик Фоссум. 13 ноября 2013 г. Проверено 13 ноября 2013 г.

[4] «К CCD или CMOS, вот в чем вопрос | B&H Photo Video Pro Audio» . Bhphotovideo.com . Проверено 21 августа 2010 г.

[rstutorial-5] Jump up to: ^а ^б Форссен, Рингаби, Хедборг. «Урок по работе с рольставнями» . Компьютерное зрение на камерах со скользящим затвором . Линчепингский университет . Проверено 26 декабря 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[6] «Криптоанализ на основе видео» . Бен Насси . Проверено 13 августа 2023 г.

[7] Power LED Attack — компьютерщик , получено 13 августа 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]