Почему камеры используют одну экспозицию, а не интегрируют во многие очень быстрые чтения

Question

Я никогда не понимал, зачем камерам необходим затвор с определенной скоростью и почему это нельзя отрегулировать при постобработке. Я думаю, что нынешние датчики работают как единое целое: они сохраняют количество света, достигающего их в течение всего времени, когда затвор открыт. Но почему они не могут работать по-разному?

По-моему, у меня есть такая идея: установить выдержку затвора на долгое время, больше той, которая вам нужна ... например, при дневном свете установите ее на 1 секунду, нажмите кнопку, затвор откроется и датчик начинает запись, но дифференциальным способом: он будет сохранять количество света, попадающего на него, каждые 0,001 секунды в течение 1 секунды. Таким образом, у меня есть больше информации, фактически у меня есть 1000 кадров, записанных за 1 секунду, и при постобработке я могу выбрать интеграцию только первых десяти, имитировать кадр с 0,01 секунды или первую сотню, чтобы имитировать кадр с 0,1 вторая экспозиция

Используя сложную обработку или выбирая области вручную, я мог бы даже решить использовать другую экспозицию для разных частей конечного изображения, например, экспозицию в 0,1 секунды для земли и 0,03 для неба, используя 100 кадров для небо и 30 кадров для неба.

Имеет ли это смысл? Почему камеры не работают таким образом?

Answer 1

Проблема в скорости считывания. Вы не можете прочитать весь датчик достаточно быстро, чтобы это работало в общем случае. Даже если бы ты мог. это также может отрицательно повлиять на качество изображения, так как вы будете снова и снова применять шум считывания.

По крайней мере, с датчиками CMOS вы можете читать в произвольных местах, но с датчиками CCD каждый ряд сдвигается в следующий для выполнения считывания. Вот почему при слишком ярком освещении вы получаете вертикальные полосы при предварительном просмотре камер с использованием ПЗС.

Тогда есть причины, по которым фотографы выбирают выдержку : чтобы заморозить часть времени. Люди почти всегда будут размыты, если вы не остановите затвор достаточно быстро.

Answer 2

Я думаю, они могли бы работать таким образом, но есть две большие проблемы:

1. Поскольку датчики теперь работают, шум чтения происходит только один раз. При многих очень коротких чтениях шум чтения будет усугубляться.
2. Там просто больше данных, чем мы можем обработать. Это проблема как при фактическом считывании датчика (слишком много данных для чтения), так и в результате файлы RAW будут на несколько порядков больше, чем сегодня.

В своем первоначальном вопросе вы использовали в качестве примера 1/10 секунды. Это на самом деле не очень длинная выдержка, а уже в 10 раз больше, чем у нынешних камер. Чтобы это было действительно значимым, нам нужна технология, позволяющая считывать данные датчика в 10-100 раз быстрее, чем , что , что значительно усугубляет проблемы.

Вторая проблема будет решена законом Мура через десятилетие или два, и первая может быть такой же, поскольку электроника становится меньше и точнее. Пока это не практично.

Olympus OM-D E-M5 на самом деле имеет функцию , где он показывает экспозицию, «развивающуюся» при длительных экспозициях, но это позволяет избежать вышеуказанных проблем, требуя минимум полсекунды между чтениями: это полезно только для длинных выдержек.

Но в будущем, с улучшенной электроникой, все камеры, вероятно, будут работать таким образом, и с намного большим объемом доступной памяти они могли бы также вести непрерывную запись. Кнопка «спуск» просто помечает часть потока как интересную для дальнейшего развития. И пока мы на этом, угробим линзу и сделаем эту камеру с 360 ° световым полем; кадрирование, диафрагму и фокус можно выбрать и после свершившегося факта, отбрасывая общепринятые представления об основах работы камеры полностью в окно

Answer 3

Как уже упоминали многие, есть аспект скорости чтения. Схема формирования изображения не может просто «мгновенно» получить значения пикселей датчика, они должны считываться построчно.

Затем вам также нужно подумать о том, куда идут эти значения обновления пикселей. Даже при некотором сжатии, предполагая низкую энтропию более поздних кадров относительно более ранних кадров, они будут занимать значительное количество пространства. Кроме того, данные, которые оказываются не слишком сжимаемыми, замедляют весь процесс - поскольку сжимаемость нового кадра относительно старого не может быть гарантирована, системе все равно потребуется достаточная пропускная способность, чтобы охватить сценарий наихудшего случая без ухудшения качества.

Наконец, (и это несколько банально) необходимо рассмотреть влияние неравенства Гейзенберга или принципа неопределенности. В каждом образце у нас есть уровень неопределенности в отношении измерения. Взяв очень много выборок (каждая из которых, по-видимому, имеет низкую достоверность, в противном случае мы могли бы просто выбрать один кадр из тысячи или около того), мы получаем неопределенность для каждого из этих кадров, а не один раз. Это будет сложнее при объединении нескольких кадров, и теперь максимальная неопределенность умножается на количество кадров, с которыми вы составляете окончательное изображение. В худшем случае это может значительно ухудшить качество изображения.

Answer 4

Можно отметить, что, поскольку этот вопрос был задан, эта идея была в некоторой степени реализована (по крайней мере, в некоторых) смартфонах.

Поскольку технологические пределы не так сильно улучшились, он, конечно, ограничен очень длинными выдержками при очень слабом освещении (например, астрофотография). Тот факт, что программное обеспечение накладывает несколько n-секундных экспозиций, виден, если в кадре есть движение (они будут иметь некоторые небольшие разрывы при считывании).

Стеки можно даже просматривать в режиме реального времени на экране, поскольку изображение «результата» выглядит все ярче.

Answer 5

Пока ваша идея интригует, есть несколько причин, по которым она не сработает.

Размер файла: Подумайте о том, насколько большим будет полученный файл изображения. Моя 8-мегапиксельная зеркальная камера дает файлы размером около 3 МБ. Если бы я делал 100 снимков каждый раз, когда я нажимал на затвор, у меня было бы 300 Мб на моей карточке. Карта будет заполняться слишком быстро. Кроме того, это просто цифры для моей камеры, которая имеет относительно низкое разрешение. Для профессиональных камер размер может легко удвоить или утроить это. В Raw размер может увеличиться еще примерно в три раза. В конце концов, я про стрельбу в Raw мог получить более 3 Гб за выстрел.

Выдержка: Иногда камеру необходимо экспонировать дольше, чем 1/100 сек. чтобы получить правильное количество света. Если вы снимаете при слишком слабом освещении, полученные изображения будут недодержаны и потенциально непригодны для использования. Вы не можете просто объединить изображения, чтобы восполнить это, так как вы не можете найти данные, которых там нет.

Уровень шума: Когда датчики нагреваются, они отображают явление, известное как шум. Это пятнистость случайно окрашенных пикселей, видимая на некоторых фотографиях. Если бы датчик постоянно работал в течение секунды, уровни шума быстро повысились бы, что может привести к неиспользуемым изображениям.

Скорость записи на карту: Карты памяти ограничены по скорости добавления информации. Это известно как их скорость записи. Для обработки файлов такого размера картам потребуется быстрая скорость записи. Эти карты могут быть очень дорогими.

Итак, напомним, это интересная идея, но она имеет несколько больших препятствий на своем пути.

Я надеюсь, что это помогло.

Answer 6

Есть камеры, которые по сути работают таким образом. Поиск камер с высоким динамическим диапазоном (HDR). Наименее дорогие из них работают, заключая в скобки экспозицию, по сути принимая две или четыре разные экспозиции, а затем объединяя их во внутреннем программном обеспечении в единое изображение. Вы можете сделать это с любой камерой, используя внешнее программное обеспечение .

Мое понимание того, как работают высококачественные HDR-камеры, заключается в том, что они в основном динамически рассчитывают отдельное время автоэкспозиции для каждого отдельного пикселя и используют его для определения фактической яркости сцены. Это решает проблему наличия тонны и тонны данных для каждого пикселя, вы просто сохраняете время экспозиции и значения цвета, когда оно пересекает определенный порог яркости. Очевидно, что для этого требуется гораздо более сложное аппаратное и программное обеспечение.

Answer 7

Помимо замечаний, сделанных всеми остальными - что произойдет с воздействием?

например. с моей обычной камерой 1 секунда - это то, что мне нужно для данного снимка. По сути это означает, что свет за 1 секунду регистрируется датчиком за один раз.

Хорошо, давайте перейдем к предложению, которое вы сделали, камера записывает 0,001 секунды света 1000 раз. Все эти изображения недоэкспонированы и поэтому бесполезны. Если я их сложу, я не получу то же изображение, что и моя обычная камера, потому что наложение не устраняет недоэкспонирование. Чтобы получить почти правильную экспозицию, мне нужна очень широкая диафрагма, которая (даже если бы вы могли найти подходящий объектив) имела бы другие проблемы - глубину резкости и т. Д. Если вы имеете в виду, что датчик будет достаточно чувствительным, чтобы на самом деле захватывать достаточно света за 0,001 секунды, чтобы изображение не было недодержано, у нас была бы серьезная проблема с шумом. Идея, которую вы упоминаете о включении / исключении кадров для получения другой экспозиции, уже реализована в PP с помощью ползунка экспозиции.

Вы можете попробовать свою идею, сделав снимки с коротким затвором (как вы предлагаете), а затем сложив их в программном обеспечении HDR или программном обеспечении startrail.

Материал постобработки, о котором вы упомянули о съемке земли и неба с различными экспозициями для балансировки изображения, уже может быть исправлен в PP с помощью элементов управления тенями / подсветкой и / или разделенной тонировки.

Кроме того, подумайте об экшн-фотографии, такой как автоспорт, где мне нужен длинный затвор во время панорамирования, чтобы дать ощущение скорости и движения. Если я скажу 200 изображений с очень малым временем затвора, я не поймаю размытия, и эффект от снимка не сработает.

Answer 8

Существует несколько различных типов жалюзи, но сетевыми являются механические и электронные жалюзи (датчик включен / выключен).

Большинство зеркальных камер используют затвор в фокальной плоскости, в то время как видеокамеры используют электронные затворы. Поэтому, хотя это звучит как то, что вы хотите сделать, интегрируя их, есть и другие способы достижения этого.

Основная причина срабатывания затвора - выдержка, фундаментальный принцип фотографии.

Возможно, вы могли бы что-то настроить для своего примера. Возможно, вы захотите взглянуть на скобки или, если этого недостаточно, привязывание.

0,01 = 1/100 и является прекрасной выдержкой. Большинство камер поддерживают скорость до 1/8000 секунд.

Только что на вашей последней части:

скажем, что он сохраняет количество света, которое достигает его каждую 0,01 секунду в течение 1 секунды.

Вам все равно нужно будет думать об экспозиции для этого кадра каждые 0,01 секунды.