Migawka elektroniczna na matrycy CMOS /efekt rolling shutter/

[zdebik]

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Rolling_shutter

[pawel.guraj]

Skoro wróciłem już ze zdjęć (no bo jak nie pojechać na zjęcia w taką pogodę) to postanowiłem rozszerzyć model wiaderkowy o przypadek migawki mechanicznej i elektronicznej. Będzie może łatwiej zrozumieć.

Jednostki w sekundach - to oczywiści umowa. Mogą być nano, mikro itp - wszystko nadal będzie działać

Warunki brzegowe.
- Nasza płachta nad kubełkami potrafi poruszać się z prędkością 1 rząd kubełków na sekundę.
- Żeby kubełek wypełnił się w 100% potrzebuje łapać spadające fotony przez 5 sekund.
- Odczyt poziomu kubełków w jednym rzędzie trwa 10 sekund (powtarzając model przetworników A/D - odczytujemy i czekamy 10 sekund - w tym czasie przetworniki przetwarzają odczytany wynik na wartość liczbową)
- Mamy 20 rzędów wiaderek

Wariant pierwszy - migawka mechaniczna.

Nad naszym polem kubełków rozwieszona jest płachta - żaden foton nie dociera do żadnego kubełka.
Naszym celem jest naświetlenie całej matrycy do poziomu 80% - tak więc każde wiaderko musi być wystawione na fotony przez 4 sekundy.
Zaczynamy.
Najpierw sekwencyjnie pociągamy za sznurki opróżniające wiaderka w każdym rzędzie - robimy to dowolnie szybko.
Jako rezultat - wszystkie wiaderka są puste.
Rozpoczynamy ekspozycję. Odkrywamy ruchomą płachtą pierwszy rząd, do którego zaczynają spadać fotony.
Po 4 sekundach - płachta odsłoniła właśnie 4 rząd, a w tym czasie pierwszy rząd jest już wystawiony na fotony przez 4 sekundy (2-gi przez 3, 3-ci przez 3, 4 - przez jedną). W związku z tym kończymy ekspozycję pierwszego rzędu rozpoczynając ruch drugiej płachty, która go zasłania. Po kolejnej sekundzie pierwsza płachta odsłania 5-ty rząd i druga zasłania 2-gi rząd, pozostawiając go w 80% wypełnionym. I tak dalej - kiedy obie płachty przesuną się nad całym poletkiem wiaderek ekspozycja jest zakończona.
Co osiągnęliśmy - wszystkie kubełki są wypełnione w 80% - co znaczy że każdy był wystawiony na deszcz fotonów przez 4 sekundy. Całość procesu zajęła nam 24 sekundy - tyle czasu minęło od ruszenia pierwszej płachty do zakończenia ruchu drugiej płachty.
Teraz, skoro wszystkie wiaderka są chronione płachtą przed deszczem fotonów, możemy się zabrać za ich odczyt.
Zajmie nam to 10*20 = 200 sekund.

Podsumowując:
Wartość ekspozycji: 4 sekundy
Czas trwania ekspozycji: 24 sekundy
Czas odczytu wartości wiaderek: 200 sekund

Wariant drugi - migawka elektroniczna.
Niestety w tym wypadku nie posiadamy płachty, którą moglibyśmy przykryć nasze wiaderka.
Od razu widać, że strategia z opróżnieniem wszystkich wiaderek i rozpoczęciem ich odczytu natychmiast nie zadziała jeżeli po 4 sekundach zaczniemy odczytywać 1-szy rząd, to jak skończymy to robić (po 14 sekundach od rozpoczęcia ekspozycji) kolejny rząd będzie już o 10 (14-4) sekund wypełniany za długo - już dawno się przeleje.
Musimy więc zerować rzędy sekwencyjnie. I jak to robimy.
1 sekunda: ciągniemy za sznurek w pierwszym rzędzie, opróżnia się on i od razu zaczyna się wypełniać.
4 sekunda: odczytujemy wartość 1-szego rzędu. Musimy teraz zaczekać 10 sekund aż będziemy mogli odczytać następny rząd (bo odczyt trwa 10 sekund)
10 sekunda: ciągniemy za sznurek w drugim rzędzie. Opróżnia się i od razu zaczyna się wypełniać.
14 sekunda: odczytujemy wartość 2-go rzędu. Musimy teraz zaczekać 10 sekund aż będziemy mogli odczytać następny rząd (bo odczyt trwa 10 sekund)
20 sekunda: ciągniemy za sznurek w trzecim rzędzie. Opróżnia się o od razu zaczyna się wypełniać.
24 sekunda: odczytujemy wartość 3-go rzędu. Musimy teraz.....

200 sekunda: ciągniemy za sznurek w ostanim (20) rzędzie.
204 sekunda: odczytujemy wartość 20-go rzędu. Już nic nie musimy, odczytaliśmy całą matrycę.

Podsumowując:
Wartość ekspozycji: 4 sekundy
Czas trwania ekspozycji: 204 sekundy
Czas odczytu wartości wiaderek: 200 sekund (od 4 do 204 sekundy)

Różnica pomiędzy 24 sekundami w mechanicznej migawce a 204 sekundami w elektronicznej powoduje efekt rolling-shutter.
Oczwiście te 24 sekundy w mechanicznej, tak samo powodują rolling-shutter jest on jednak praktycznie nieazuważalny.

Dziś nowoczesne matryce typu stacked zaczynają mieć czas odczytu rzędu zbliżony do 2-3 sekund w porównaniu do przytocznych tu 10-ci. Stąd zapewniają rolling-shutter zbliżony do tego z migawki mechanicznej.

Koniec opowiadania.

Może warto tą dyskusję przenieść do jakiegoś wątku technicznego...

p,paw

[Kolekcjoner]

Przeniosłem dyskusję tutaj - szkoda by było to wycinać, bo pojawiło się wiele ciekawych wpisów /dzięki @pawei.guraj/.

BTW: ale OT o odkurzaczach może już tu nie kontynuujmy ...

[atsf]

Przeniosłem dyskusję tutaj - szkoda by było to wycinać, bo pojawiło się wiele ciekawych wpisów /dzięki @pawei.guraj/.

BTW: ale OT o odkurzaczach może już tu nie kontynuujmy ...

A czym odkurzać stare wątki?

[WinSho]

Migawka mechaniczna robi takie zdjęcia



Migawka elektroniczna robi takie same zdjęcia

Dziękuję za uwagę.

[Nozanu]

No, ktoś tu zapomniał o trzecim wariancie migawki z mechaniczną pierwszą kurtyną. Działa z lampą lepiej niż pełna mechaniczna.
W sumie mechanicznej to już nie używam wcale, bo i po co?

[zdebik]

Na R5 w sumie non stop lece na elektryku.

[pawel.guraj]

No, ktoś tu zapomniał o trzecim wariancie migawki z mechaniczną pierwszą kurtyną. Działa z lampą lepiej niż pełna mechaniczna.
W sumie mechanicznej to już nie używam wcale, bo i po co?

Z mechaniczną drugą kurtyną gwoli ścisłości
Z pierwszą elektroniczną.

Pierwsza mechaniczna raczej nie miała by sensu.
Dziś w zasadzie jedyna wada EFCS to problem z bokeh na bardzo jasnych szkłach przy bardzo krótkich czasach.

p,paw

--- Kolejny post ---

Na R5 w sumie non stop lece na elektryku.

A ja jednak tych 12 bitów nie umiem przeżyć ;-)

p,paw

[zdebik]

A ja jednak tych 12 bitów nie umiem przeżyć ;-)

p,paw

Od zarabiania mam 5D3, R5 kupiłem ze wzgledu na AF, aparat robi foty moim dzieciakom w 99%.

[Nozanu]

Z mechaniczną drugą kurtyną gwoli ścisłości
Z pierwszą elektroniczną.

Chodziło mi oczywiście o błysk na pierwszą kurtynę.