Рольставни

Метод захвата изображения

Анимация, показывающая эффект жалюзи

Шестилопастной пропеллер de Havilland Canada Dash 8 Q-400 с сильным искажением затвора камеры Pixel 3.

Вертолет Eurocopter EC-120 – лопасти несущего винта кажутся смещенными назад больше, чем обычно, из-за эффекта жалюзи.

Моделирование эффекта жалюзи на вращающемся пропеллере и движущемся автомобиле
(нажмите, чтобы просмотреть анимацию SMIL)

Роликовый затвор — это метод захвата изображения, при котором неподвижное изображение (в фотокамере) или каждый кадр видео (в видеокамере) снимается не путем съемки 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 увеличивая 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. В то время как некоторые CMOS-сенсоры используют глобальный затвор, ^[3] большинство из них, представленных на потребительском рынке, используют роллетный затвор.

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

Эффекты искажения

Рольставни могут вызывать такие эффекты, 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. Размазывание 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 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 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 частей фотографии.
• 
  Имитация эффекта рольставней на вращающемся диске
  (нажмите, чтобы увидеть анимацию)
• Полосы цвета фуксии, вызванные движением затвора камеры, взаимодействующим с мерцанием выпрямленного светодиода с питанием от переменного тока, 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.

Смотрите также

• Цифровой артефакт
• Камера событий
• Стрип-фотография
• Эффект колеса телеги

Примечания

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.
5. 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 - Computerphile , получено 13 августа 2023 г.

Внешние ссылки

• Учебное пособие по рольставням с конференции CVPR 2012.
• Лопасти пропеллера самолета - эффект рольставни на YouTube
• Басовые струны – эффект рольставни (vimeo)
• 3D-рендеринг, объясняющий, как рольставни создают странный эффект пропеллерного самолета, на YouTube
• Отличное объяснение/моделирование эффекта рольставней из сериала Smarter Every Day на YouTube.