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什么是“果冻效应”?它是怎么产生的?

 联想派 2024-08-12 发布于上海
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随着智能手机和数码相机的普及,拍照已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。然而,当我们用这些设备拍摄快速运动的物体时,偶尔会出现图像变形的现象,这种现象被称为“果冻效应”。果冻效应不仅影响拍摄效果,还引发了人们对数码图像处理技术的广泛关注。今天,我们就来深入探讨一下果冻效应的成因以及如何减轻这种现象对拍摄质量的影响。

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🔺在高铁车厢里拍摄铁轨旁边的电线杆










果冻效应的成因










在具体解释果冻效应之前我们首先应该了解一下快门的种类和工作原理。相机快门是控制光线进入相机的装置,快门的主要功能是控制曝光时间,即传感器或胶片被光线照射的时间长短。目前,常见的相机快门有机械快门和电子快门两种。

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🔺常见快门的分类

机械快门

机械快门又分为焦平面快门镜间快门。前者安装在相机机身的镜头后面,通常有两块帘幕。快门速度越快,帘幕打开和关闭的间隔时间越短;后者则安装在镜头内部的光圈旁边,通常由多个叶片组成。工作原理是叶片迅速打开和关闭,控制曝光时间。由于其结构特点,镜间快门可以实现非常高的同步闪光速度。

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🔺焦平面快门(左)和镜间快门(右)

电子快门

电子快门又分为逐行扫描电子快门(也叫“卷帘快门”)全域电子快门(也叫“全局快门”)。前者是通过逐行读取传感器上的电荷来实现曝光控制。由于逐行读取的特性,可能会导致快速移动的物体出现畸变;后者则利用图像传感器本身的电子控制功能来控制曝光时间,而没有任何机械部件的运动。工作原理是通过快速读取传感器上的电荷来控制曝光时间

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🔺卷帘快门和全局快门的成像区别

而目前,由于技术限制,绝大多数现代数码相机和智能手机使用的电子快门都是逐行扫描电子快门。这种电子快门是由电子芯片控制CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)传感器,一行一行逐行扫描形成一个影像。这意味着,传感器从顶部到底部的每一行像素的曝光时间有细微的时间差异。当拍摄快速运动的物体或快速移动相机时,这种时间差异会导致图像中的物体产生扭曲或倾斜,这正是果冻效应的成因

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🔺卷帘快门拍摄运动物体出现果冻效应的成因










如何减轻果冻效应?










01

使用全局快门传感器
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正如前文所述,与卷帘快门不同,全局快门传感器能够同时曝光整个图像传感器,从而消除由于逐行扫描引起的时间差异。使用全局快门的相机可以有效避免果冻效应,特别是在拍摄高速运动的场景时。然而,由于技术和成本原因,全局快门传感器目前主要应用于高端专业摄影设备和一些特定的工业相机中,消费级设备中较为少见。

02
提高快门速度
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增加快门速度是减少果冻效应的有效方法之一。当快门速度足够快时,物体在传感器上移动的距离相对较小,从而减小了因时间差异引起的变形。因此,在拍摄快速运动的物体时,可以选择使用更高的快门速度来减少果冻效应的影响。然而,高快门速度通常需要更多的光线,因此在低光环境下可能需要提高ISO感光度或使用更大光圈,这又可能带来其他问题,如噪点增加或景深变浅等。

03
合理构图与拍摄角度
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在某些情况下,通过合理的构图和选择适当的拍摄角度,可以减少果冻效应对图像质量的影响。例如,在拍摄快速运动的物体时,尽量避免让物体横穿整个画面,而是选择与物体运动方向一致的拍摄角度,这样可以减少运动速度在图像上的投影,从而减轻果冻效应。

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🔺纪录片《像乌鸦一样思考》里面的一个有趣实验










果冻效应行为大赏










至此,相信大家对于果冻效应的成因有了一个清晰的认识,下面请大家欣赏一些果冻效应带来的奇特视觉效果!

01.螺旋桨

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🔺运动中螺旋桨的侧面视角

与之类似的还有社交平台上的“蓝线挑战”。

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🔺蓝线挑战:用口罩沿着扫描线画出戏服

02.吉他弦

通过将相机旋转90°可以达到消除果冻效应的目的。

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🔺吉他弦的果冻效应(左)和旋转后几乎没有果冻效应的吉他弦(右)

果冻效应作为数码摄影中的一种常见现象,尽管在一定程度上影响了图像和视频的质量,但通过合理的技术手段和方法,我们可以有效减轻其影响。了解果冻效应的成因和解决方法,不仅能帮助摄影爱好者和专业摄影师提升拍摄效果,还能让我们更好地享受数码摄影带来的乐趣和创作自由。

参考文献

[1]https:///u6fKQJs

[2]https:///ep120875

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/SMIr8Sk7pk5YrLoXs5a-bA

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/s7Ba3gNNK2RDpr-jgSADXw

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/-RByBIFtR6eLp3D1vVC-RQ

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图片源自于网络,仅供科普参考



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