曝光簡介

曝光(guang)(guang)是相機中用來控制感光(guang)(guang)元件(jian)接收光(guang)(guang)線(xian)時(shi)長的(de)重要(yao)過程，其結構和功能(neng)對相機的(de)性能(neng)和檔次有著(zhu)直(zhi)接的(de)影響(xiang)。通常，曝光(guang)(guang)的(de)時(shi)間范圍越大(da)，相機的(de)適應性越好。在拍(pai)攝(she)快(kuai)速運動的(de)物體時(shi)，需要(yao)使(shi)(shi)用較短的(de)曝光(guang)(guang)時(shi)間，而在拍(pai)攝(she)夜景(jing)或進行光(guang)(guang)繪(hui)時(shi)，則(ze)需要(yao)使(shi)(shi)用較長的(de)曝光(guang)(guang)時(shi)間。

全局曝光與卷簾曝光

全局曝光

全(quan)局曝(pu)光(guang)（Global Shutter）是指(zhi)相機傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)上的(de)(de)所有(you)像素(su)在同一時(shi)間(jian)開始(shi)和結束曝(pu)光(guang)。這(zhe)種方(fang)式的(de)(de)優勢在于能(neng)夠保證整個畫面在同一時(shi)間(jian)被捕捉，從(cong)而避免由于物體移(yi)動(dong)而產(chan)生的(de)(de)圖像畸(ji)變和拖影。全(quan)局曝(pu)光(guang)通(tong)常應用在CCD傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)中，這(zhe)類(lei)傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)所有(you)像素(su)同時(shi)曝(pu)光(guang)并收(shou)集光(guang)線，曝(pu)光(guang)結束后傳感(gan)(gan)器(qi)(qi)讀出數據形(xing)成完整的(de)(de)圖像。

優點：

所有像(xiang)素點同時曝光，避免(mian)了圖像(xiang)的(de)畸變和拖影。

在拍攝(she)高速運動的物體(ti)時表現更佳(jia)。

缺點：

曝光時間受限于機械開關速度，存在(zai)理論上的最小曝光時間。

機械結(jie)構復雜，成本較高。

卷簾曝光

卷簾(lian)曝(pu)光(guang)（Rolling Shutter）是指相機(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)逐(zhu)行進(jin)行曝(pu)光(guang)，從(cong)第一(yi)行開始依次進(jin)行，直(zhi)到(dao)最后一(yi)行完成曝(pu)光(guang)。這種方式通常應用在CMOS傳(chuan)感(gan)器(qi)中。由于各行像素(su)的曝(pu)光(guang)時間(jian)不同，因此在拍攝高(gao)速運動物體時，容易出(chu)現圖(tu)像畸變，即“卷簾(lian)效應”。

優點：

能夠實現更高的幀速率，適合高幀率視(shi)頻拍攝(she)。

傳感器制造成本較低，結構相對簡單。

缺點：

在拍攝高速運動(dong)物體時，容易出(chu)現圖(tu)像畸變(bian)和拖影。

曝光時間(jian)的(de)不一(yi)致會導(dao)致圖像出現扭曲(qu)和失(shi)真。

卷簾效應的實例和分析

在(zai)日常拍(pai)攝中(zhong)(zhong)，卷(juan)簾效應通(tong)常在(zai)拍(pai)攝高速運動(dong)物體時(shi)更(geng)為(wei)明顯。例(li)如，當(dang)我(wo)們拍(pai)攝飛機的螺(luo)旋(xuan)(xuan)槳(jiang)時(shi)，螺(luo)旋(xuan)(xuan)槳(jiang)的葉片(pian)可能會在(zai)圖像(xiang)中(zhong)(zhong)出(chu)現(xian)彎曲的現(xian)象。這是因(yin)為(wei)在(zai)曝光過程中(zhong)(zhong)，螺(luo)旋(xuan)(xuan)槳(jiang)的位置(zhi)不斷變化，而逐(zhu)行曝光的方(fang)式無法同時(shi)捕捉到螺(luo)旋(xuan)(xuan)槳(jiang)的每(mei)個位置(zhi)。

此外，坐在(zai)高速行駛的(de)汽(qi)車或火車中(zhong)拍攝窗外的(de)景象時，也(ye)會(hui)出現類似的(de)效果(guo)，樹木或建筑(zhu)物(wu)可能會(hui)在(zai)圖像中(zhong)顯得(de)傾斜。

拖影現象

拖影是(shi)(shi)由于(yu)拍攝(she)目標與相機之間存(cun)在(zai)相對(dui)運(yun)動而(er)導致(zhi)的(de)(de)。當相機的(de)(de)曝光時(shi)間較長，而(er)拍攝(she)物體在(zai)曝光過程中移動，圖像(xiang)上的(de)(de)不(bu)同像(xiang)素點會(hui)在(zai)不(bu)同時(shi)間接受到光線(xian)，最終形成(cheng)的(de)(de)圖像(xiang)是(shi)(shi)運(yun)動軌跡的(de)(de)疊加。

在(zai)拍攝運動物(wu)體時(shi)，曝(pu)光(guang)時(shi)間(jian)需(xu)合理設置，不能過(guo)長，否則容易產生拖(tuo)影。曝(pu)光(guang)時(shi)間(jian)過(guo)短則會導(dao)致進光(guang)量不足，需(xu)要通過(guo)調大光(guang)圈或增(zeng)加光(guang)照(zhao)來補償。

曝光模式對比

逐行曝光

逐(zhu)行(xing)(xing)曝(pu)光(guang)（Line-by-Line Exposure）是卷簾曝(pu)光(guang)的(de)一(yi)種具體實(shi)現方式(shi)(shi)。傳(chuan)感器從第一(yi)行(xing)(xing)開始逐(zhu)行(xing)(xing)進行(xing)(xing)曝(pu)光(guang)，一(yi)個行(xing)(xing)周期(qi)之(zhi)后下一(yi)行(xing)(xing)才開始曝(pu)光(guang)，直到(dao)最(zui)后一(yi)行(xing)(xing)。這(zhe)種方式(shi)(shi)適用(yong)于靜態圖像的(de)拍攝，成(cheng)本較低，但在拍攝高速運動物體時容易(yi)出現拖影和圖像畸變。

全局曝光

全局曝光(guang)（Global Exposure）則是在同一時(shi)間內對所有(you)像素(su)進(jin)行曝光(guang)，曝光(guang)結(jie)束后(hou)傳感器(qi)同時(shi)讀取數據。由(you)于所有(you)像素(su)點在同一時(shi)間段內捕捉光(guang)線，因此(ci)可(ke)以避免圖像的(de)偏移和(he)歪斜。這(zhe)種方式在拍攝運動物(wu)體時(shi)表現更佳，但機械結(jie)構較(jiao)復雜(za)，制(zhi)造成本(ben)較(jiao)高。

結論

全局(ju)曝(pu)光(guang)和卷簾(lian)曝(pu)光(guang)各(ge)有優劣(lie)，選擇(ze)何種(zhong)曝(pu)光(guang)方式(shi)取決(jue)于具(ju)體(ti)的應用場景和需(xu)求。在(zai)(zai)拍(pai)攝靜(jing)態圖(tu)像時，卷簾(lian)曝(pu)光(guang)能(neng)夠提供更高(gao)的幀速率和較低的制造成本(ben)，而在(zai)(zai)拍(pai)攝高(gao)速運動(dong)物體(ti)時，全局(ju)曝(pu)光(guang)則(ze)能(neng)更好地避免(mian)圖(tu)像畸(ji)變和拖影。因此，在(zai)(zai)選擇(ze)相機和傳感器時，需(xu)要綜合(he)考(kao)慮處理速度(du)、電池消耗、制造成本(ben)及整體(ti)復雜性(xing)等(deng)因素(su)。