Временной параллакс
Временно́й паралла́кс — искажение формы быстро движущихся предметов на фотографии и видеозаписи при последовательном считывании разных частей оптического изображения. Впервые эффект был обнаружен с появлением в конце XIX века фокальных затворов, последовательно экспонирующих фотоматериал узкой щелью, и поэтому в английском языке явление получило жаргонное название роллинг-шаттер (англ. rolling shutter), буквально «катящийся затвор». Артефакт проявляется при очень коротких выдержках шторно-щелевых затворов или цифровых фотоматриц со строчным переносом[1][2].
Эффект обусловлен неодновременностью регистрации разных частей одного и того же изображения шторно-щелевыми затворами, дисковыми обтюраторами и строчной развёрткой телевидения. Регистрируя на одном кадре разные фазы перемещения частей движущегося объекта, съёмочная камера искажает его форму[3].
Противоположностью щелевого сканирования считается глоба́льный затво́р (англ. global shutter), регистрирующий всё изображение одновременно. Такими свойствами в фотографии обладает апертурный затвор, а в телевидении — особые типы полупроводниковых ПЗС-матриц с кадровым переносом[4].
Причины искажения
править
Временной параллакс изображения может проявляться как с механическим фокальным затвором, так и в электронных устройствах, например матрицах со строчным переносом[3][4]. В отличие от апертурных, шторно-щелевые фокальные затворы экспонируют кадр не одновременно, а последовательно, при помощи перемещающейся вдоль кадрового окна щели. При съёмке движущихся объектов, угловая скорость которых сопоставима со скоростью движения щели затвора, их форма может искажаться. Это почти незаметно при длинных выдержках, когда изображение смазывается, но отчётливо видимо при коротких экспозициях. При совпадении направлений объект растягивается, а при встречном движении затвора и изображения, последнее сжимается[5][6]. Объекты, движущиеся перпендикулярно направлению шторок, отображаются наклонными[2][7][8]. Эффект может наблюдаться и в киносъёмочных аппаратах при небольших углах раскрытия дискового обтюратора[9].
При электронных способах регистрации изображения аналогичный эффект возникает из-за построчного считывания передающими трубками или полупроводниковой матрицей[* 1]. Вертикальное перемещение считываемой строки выполняет роль движущейся щели затвора. В результате разные участки одного и того же кадра отображают разные моменты времени. При этом изображении может сильно искажаться вплоть до фрагментации снятых объектов[10]. Движущийся объект (или его части) может попасть в кадр несколько раз, либо не попасть совсем, в результате чего деформируется и даже фрагментируется. Чем быстрее движется объект, тем сильнее заметна деформация. Особенно необычные эффекты получаются при съёмке вращающихся объектов, например лопастей самолётного или вертолётного винта. Искажения возникают и при перемещениях самой камеры, например, при панорамировании или съёмке с движения. В этих случаях вертикальные линии становятся наклонными[2].
Способы предотвращения
правитьЗаметность артефактов временного параллакса можно свести к минимуму, избегая слишком коротких выдержек затвора и слишком малых углов раскрытия обтюратора. Это особенно актуально при видеозаписи современными цифровыми камерами, задающими при включённой автоэкспозиции очень короткие выдержки считывания. При более длинных выдержках быстро движущиеся объекты смазываются, маскируя искажения, а зритель воспринимает снятое таким образом движение более плавным и естественным. В фотографии кроме удлинения выдержек параллакс минимизируется правильным подбором положения камеры, учитывающим направление перемещения экспонирующей щели при срабатывании затвора. В августе 2016 года компания Canon выпустила КМОП-матрицу с «глобальным затвором», способную отсекать выдержки без перекрытия светового потока механическими заслонками[11]. Использование таких матриц позволит получать изображения быстродвижущихся объектов, лишённые каких-либо искажений, и полностью избавиться от эффекта[10].
См. также
правитьПримечания
править- ↑ У вакуумных передающих трубок эффект почти незаметен из-за инерционности мишени
Источники
править- ↑ Глобальный затвор или роллинг-шаттер? Дата обращения: 7 июля 2021. Архивировано 9 июля 2021 года.
- ↑ 1 2 3 Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 53.
- ↑ 1 2 Global vs Rolling shutter. Дата обращения: 7 июля 2021. Архивировано 9 июля 2021 года.
- ↑ 1 2 Shutter Operations for CCD and CMOS Image Sensors Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine Kodak
- ↑ Учебная книга по фотографии, 1976, с. 50.
- ↑ Выбор фотоаппарата, 1962, с. 21.
- ↑ Техника и технология фотосъёмки, 1981, с. 184.
- ↑ Теория шторных затворов, 1961, с. 54.
- ↑ Как разобраться в киноплёнках, 2007, с. 102.
- ↑ 1 2 MICHAEL ZHANG. Canon Unveils a CMOS Sensor with a Global Shutter (англ.). News. PetaPixel (31 августа 2016). Дата обращения: 1 сентября 2016. Архивировано 1 сентября 2016 года.
- ↑ Canon develops global shutter-equipped CMOS sensor that achieves expanded dynamic range through new drive method (англ.). Newsroom. Canon (31 августа 2016). Дата обращения: 1 сентября 2016. Архивировано 14 сентября 2016 года.
Литература
править- Д. З. Бунимович. Выбор фотоаппарата / Е. А. Иофис. — М.: «Искусство», 1962. — 128 с.
- Леонид Коновалов. Как разобраться в киноплёнках / Ю. Панкратов. — Москва: ВГИК, 2007. — С. 102. — 105 с.
- А. А. Мельников. Теория шторных затворов / А. И. Селиверстова. — М.: «Высшая школа», 1961. — 3000 экз.
- Н. Д. Панфилов, А. А. Фомин. Краткий справочник фотолюбителя. — М.: «Искусство», 1985. — С. 46—55. — 367 с.
- Э. Д. Тамицкий, В. А. Горбатов. Учебная книга по фотографии / Фомин А. В., Фивенский Ю. И.. — М.: «Лёгкая индустрия», 1976. — С. 46—51. — 320 с. — 130 000 экз.
- Я. Д. Фельдман, Л. Д. Курский. Техника и технология фотосъёмки / О. Г. Трийченко. — М.: «Лёгкая и пищевая промышленность», 1981. — 240 с.