相机快门的种类及特点

  

相机的快门是控制光线进入传感器的时间的装置。

相机的快门分为两种类型：电子快门和机械快门。

一、电子快门：

（一）、工作原理：

电子快门是利用传感器的电子特性来控制曝光的方式，它没有实际的物理开关，而是通过控制传感器的通断电来实现快门功能。

卷帘式电子快门是用电子的方式控制以模拟机械前后帘的作用。

按下快门后，传感器从下往上逐行重置、曝光、读出。

由于没有机械前后帘的遮挡，传感器是完全暴露的，所以一行曝光完成后就必须立即读取此行数据。

（二）、种类：

1、滚动式快门 Rolling Shutter：

当前的单反、微单上使用的几乎都是滚动式电子快门 CMOS，在相机上常简写为 ELEC。

电子快门在工作时没有机械震动和噪音，可以实现几乎静音拍摄，也能实现1/16000秒甚至更短的曝光时间。但电子快门也很考验传感器的读出速度（从读取第一行到读取最后一行的时间）。较低的读出速度不仅会影响闪光灯同步速度，也会在拍摄运动对象时产生明显的果冻效应（直线变弯曲），又或者在人工光源拍摄时出现明显的条纹。

为了提升读出速度，一些相机会在使用电子快门时降低ADC精度，从而影响RAW格式的后期空间。绝大多数相机不支持电子快门下的闪光同步；一些相机在使用电子快门时，无法达到最高连拍速度或较长的曝光时间。

2、全局式快门 Global Shutter：

全局式电子快门的 CMOS 目前还未开启消费级应用。

3、电子前帘快门”（EFCS）：

是机械快门与电子快门的混合体。两个“快门帘幕”中的第一个是电子的，而第二个是传统的机械叶片。（例如索尼 A7C 允许电子前帘快门 1/4000 秒）。

电子前帘快门是以电子快门替代前帘，机械幕帘只用于后帘。除了降低成本外，也有助于快门组件的小型化，因此多出现在一些重视便携性的产品上（例如佳能EOS RP / R8、索尼α7C / α7CII / α7CR）。

电子前帘的优点是降低了震动和噪音、提升了快门响应速度和快门寿命，并且几乎不会影响RAW格式的后期空间。但在大光圈、高速快门下，电子前帘快门可能会造成画面曝光不均匀、焦外光斑残缺不全等情况。

尼康、富士将电子前帘快门的最高速度限制在了1/2000秒。

电子前帘：利用卷帘式快门逐行曝光的特性，替代机械前帘的技术。

（三）、优点：

1、可以做到静音拍摄，不会产生噪音和震动，适合拍摄需要安静环境的场合，如音乐会、剧场、会议等。

2、可以实现高速快门，不受机械结构的限制，目前的最高速度可达1/32000秒或更高，适合拍摄高速运动的物体，如运动员、飞鸟、飞机等。

3、可以提高连拍速度，由于没有机械动作的延迟，可以实现更高的帧率，适合拍摄连续变化的场景，如体育赛事、动物表演、舞台剧等。

4、在长焦或高像素拍摄时，通常比使用机械快门能够获得更清晰的画质。

5、对于手持低速快门拍摄也能提高成片率。

（四）、缺点：

1、 容易出现果冻效应，由于传感器是逐行扫描曝光的，如果拍摄对象或相机在曝光过程中发生移动，会导致图像出现变形或扭曲，如车轮变椭圆、建筑物倾斜等。（果冻效应是指在拍摄高速运动的物体或者快速移动相机时，画面上出现扭曲或者断层的现象。这也是因为电子快门是逐行读取的，而不是同时曝光的。如果被摄物体在读取过程中发生了位置或者形状的变化，就会导致画面上的变形。例如，如果拍摄一个旋转的风扇，或者一个摇摆的树枝，就可能出现果冻效应。机械快门也会引起果冻效应，只是不明显。）

目前也出现了多行并行读取技术的 CMOS，可很好地解决电子快门严重的果冻效应问题。在目前发布的无反相机中，索尼 A1 和尼康 Z9 等最高端的相机，通过相机 CMOS 的高速读取，极大的缓解了电子快门下的果冻问题，但是对于大多数相机来说，这依然是一个严重的问题。

要彻底解决“逐行扫描电子快门”在拍摄高速移动物体时所产生的“果冻效应”，就需要使用“全域电子快门”。“全域电子快门”的特点是每一行的像素同时开启曝光，同时结束曝光。这种曝光方式可以完全杜绝“果冻效应”的出现。

2、容易出现频闪问题，由于传感器对人造光源（如荧光灯、LED灯等）的频率敏感，如果拍摄时光线不稳定或不匹配，会导致图像出现条纹或色彩异常等。

3、不支持闪光灯同步，由于电子快门没有全局曝光的时刻，无法与闪光灯进行精确同步，如果使用闪光灯拍摄，会导致图像出现黑边或过曝等。

手机也是使用电子快门，但是由于手机的图像传感器较小，再加上手机的闪光灯在曝光过程中常亮，所以手机拍摄时可使用闪光灯。

4、可能会限制位深度。

越高分辨率的传感器的数据读取量越大，读取时间自然也就越长。

（五）、适合场景：

如果拍摄对象是静止或缓慢移动的，可以使用电子快门，享受其静音、高速和高帧率的优势。

1、无人造光源、无快速运动物体时都适用。

比如，当环境光线太亮又没带 ND 减光镜，同时不想改变光圈的大小、ISO 也不能再降的情况下，可考虑使用超高速的纯电子快门。

2、婚礼、会议、音乐会等需要静音的场合。

二、机械快门：

（一）、工作原理：

机械快门是利用机械结构来控制曝光的方式，它有实际的物理开关，通常是一对帘幕，在按下快门按钮时从上到下依次开启和关闭。

（二）、种类：

1、焦平面快门：

目前，大多数可换镜头的135“单反相机”或“无反相机”都是采用电子控制的“焦平面快门”。“焦平面快门”被安置在感光元件之前。“焦平面快门”有二块快门帘，设置一定间隔时间开闭，就可以决定快门速度。

2、镜间快门：

大部分小画幅的数码相机和一部分固定镜头（不可换镜头）的135全画幅或APS-C相机和大画幅相机采用“镜间快门”。“镜间快门”是设置于镜头中的一种机械快门。这种快门有点类似于光圈，由叶片的收缩与扩张来控制快门的开启与关闭。“镜间快门”的开闭方式决定了它基本上不会产生“果冻效应”。因此，“镜间快门”很适合拍摄高速移动的物体。

适马dp2 Quattro采用镜间快门

（三）、优点：

1、可以避免果冻效应和频闪问题，由于机械快门可以实现全局曝光，在一定时间内保证传感器接收到均匀和稳定的光线，不会因为拍摄对象或相机的移动而导致图像变形或扭曲，也不会因为人造光源的频率而导致图像出现条纹或色彩异常等。

2、可以支持闪光灯同步，由于机械快门有全局曝光的时刻，在这个时刻触发闪光灯进行补光，可以实现精确同步，并且可以使用高速同步技术，在任何快门速度下都可以使用闪光灯拍摄。

（四）、缺点：

1、 不能做到静音拍摄，会产生噪音和震动，可能会影响拍摄环境或画面的稳定性，不适合拍摄需要安静环境的场合，如音乐会、剧场、会议等。

2、不能实现高速快门，受机械结构的限制，目前的最高速度通常为1/4000秒或1/8000秒，不适合拍摄高速运动的物体，如运动员、飞鸟、飞机等。

3、不能提高连拍速度，由于有机械动作的延迟，不能实现高帧率的连拍，不适合拍摄连续变化的场景，如体育赛事、动物表演、舞台剧等。

（五）、适合场景：

如果拍摄对象是快速或不规则移动的，或者需要使用闪光灯补光的，可以使用机械快门，避免其果冻效应、频闪问题和闪光灯同步问题。

三、快门速度排序，从高到低：

电子快门速度最快，其次是机械快门，最后是 电子前帘快门。

四、“太阳耀斑”现象：

电子快门不产生“太阳耀斑”；电子前帘快门产生“太阳耀斑”；机械快门产生“太阳耀斑”严重：

五、总结：每个快门机制的问题。

显然，每个快门机制都有自身的优势和缺陷。根据拍摄需要选择合适的快门机制。

以下是每种快门机制的缺点：

（一）、机械快门：

1、图像质量：

当画面中有明亮的光源时，可能会出现耀斑低速快门下可能会导致画面模糊。

2、非图像质量：

最快连拍速度有限，快门速度通常最快 1/4000 或 1/8000 秒，不如某些电子快门快。

3、声音最响。

（二）、电子快门：

1、图像质量：

在人造光下拍摄时可能会出现条状闪烁，

在快速移动的主体上出现果冻效应。

2、非图像质量：

与闪光灯配合不佳，或者只能使用慢速闪光同步速度。

（三）、电子前帘快门：

1、图像质量：

在人造光下拍摄时可能一些条状闪烁，但不会像电子快门那么多。

当画面中有明亮的光源时，可能会出现耀斑。

在快速快门下，可能出现杂乱的散景。

根据索尼自己的信息以及在线用户报告，在某些相机上，以 1/2000 秒或更快的速度拍摄会导致某些镜头曝光不均匀。

2、非图像质量：

某些相机的最大值为 1/2000 秒，

比电子快门声音响。

（四）、建议：

1、对于风景摄影，默认使用全电子快门。但是，如果镜头中有任何明显的人造光，机械快门是最安全的选择（尽管电子前帘快门可能没问题）。在极少数情况下，当场景中的某些物体快速移动时，比如天空中的一只鸟，想要变得清晰，请切换到机械快门。

2、对于人像摄影，默认使用机械快门，尤其是在使用闪光灯的情况下。但是，如果在明亮条件下以大光圈拍摄（可能是海滩照片拍摄）并且有过度曝光的风险，则有必要使用电子快门，以便于扩展快门速度，例如 1/16,000 或 1/32,000 的快门速度。

3、对于运动、野生动物和微距摄影，默认使用机械快门。可以避免果冻问题并消除人造光中的条纹（也可以毫无问题地使用闪光灯）。但是需要使用更快的连续拍摄时，只能使用电子快门拍摄。

4、对于纪实摄影，电子快门尽可能安静。但是，如果在室内或照片中有任何明显的人造光，请改用机械快门。

5、对于城市景观和建筑摄影，只要有人造光，就使用机械快门。