Ни на что не похожий, и при этом столь знакомый современному человеку – звук срабатывания затвора (Shutter ) камеры. Этот звук стал настолько узнаваемым, что стал синонимом фотографии, его стали имитировать на цифровых аналогах и мобильных телефонах электронным образом. А задумывались ли вы о том загадочном процессе, который стоит за этим звуком?

Работа затвора в зеркальной фотокамере

Существуют три основных составляющих затвора в фотокамере: зеркало, нижняя шторка и верхняя шторка. Когда вы смотрите через видоискатель, так называемых зеркальных камер, вы по сути, видите изображение непосредственно с объектива проходящее через группу зеркал. При нажатии на спуск затвора, зеркало приподнимается на короткое время для того, чтобы свет попал на матрицу/плёнку. Именно поэтому в видоискателе пропадает картинка, - в этот момент он становится тёмным.

После того, как зеркало поднимется вверх небольшая шторка начинает движение сверху вниз, обнажая матрицу/плёнку, находящуюся за ней. После этого, еще одна шторка выпадает вниз, закрывая матрицу/плёнку целиком. В зависимости от установленной выдержки этот процесс может меняться во времени. Иной раз он может быть очень быстрым.

Итак - вторая шторка закрывает матрицу, зеркало падает вниз, возвращаясь на прежнее место, шторки занимают исходное положение. Всё это действие, от момента поднятия зеркала до его возвращения, и есть цикл срабатывания затвора.


зеркальных камер

Работа затвора без зеркальной фотокамеры

В отличии от зеркальных фотоаппаратов, в без зеркальных - отсутствует система зеркал, или пента призма. Собственно, поэтому такой тип фотокамер и называют без зеркальными. Матрица в таких аппаратах все время подвергается воздействию света, проходящего через объектив. По этой причине в без зеркальных фотокамерах используется либо ЖК экран, либо электронный видоискатель.

Как только пользователь нажимает кнопку спуска затвора, нижняя шторка поднимается вверх чтобы закрыть матрицу. Затем, эта же шторка начинает опускаться, и в этот момент происходит экспонирование. Далее опускается вторая шторка и закрывает матрицу. После того, как вторая шторка закроет матрицу, экспонирование завершается, а шторки возвращаются в исходное положение.


Графический пример одного цикла для без зеркальных камер

Нужен ли механический затвор?

До эпохи цифровых матриц, очень важно было оснастить камеру затвором. Связанно это было с тем, что пленку невозможно просто включить, а затем выключить. Фотопленка и кинопленка весьма чувствительны к свету и любое, даже короткое световое воздействие на неё чревато последствиями. Конечно, в настоящее время технологии позволяют вовсе обходиться без механического затвора в камерах определенной категории.



Классическим примером подобных, без затворных аппаратов, являются фотокамеры пользовательского класса - карманные аппараты и мобильные телефоны. Камеры такого рода обычно более шумные, чем их классические аналоги. Связанно это с тем, что в таких камерах постоянно подается питание на матрицу. Также надо учитывать, что чем выше значение ISO , тем более шумным будет изображение, причем относится это к любым типам фотоаппаратов.

Скорее всего в ближайшем будущем, технологии позволят получать профессионального качества изображение, используя камеры без затворов, однако на данный момент, они еще далеки от профессионального качества.

Механизм работы затвора при съемке видео

Механизм работы затвора для видео съемки, сильно отличается от принципов работы затвора при фотографии. Связанно это с тем, что обычная фотокамера, способна активировать механизм затвора, приблизительно шесть раз в секунду. Механизм срабатывания просто слишком медленный для видео, в котором обычно записывается 25 или 30 кадров в секунду. Поэтому, шторки и механизмы зеркал, все время находятся в открытом состоянии. Затвор же реализован, на основе регулировки времени считывания информации с матрицы. Это и есть электронный затвор. Выдержка же, определяется временем, между сбрасыванием матрицы и моментом считывания с неё информации. Соответственно, матрица обнуляется после каждого кадра.

Что такое Global Shutter?

Возможно название намекает на то что это один из типов затвора, но на самом деле взаимодействие Global Shutter и матрицы очень важный момент. Когда речь заходит о матрице видеокамеры, существует два основных типа матриц, о которых необходимо знать – CMOS и CCD.

CMOS - КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) матрица, наиболее распространена в категории полупрофессиональных камер. И надо признать, они весьма проблематичны. Связано это с принципом работы КМОП матрицы. Она считывает информацию с пикселей двигаясь от верхнего левого угла, к нижнему правому. Это и создаёт проблему, так как, если объект съемки движется быстро в момент съемки, то на выходе получаем искаженное изображение. В таких условиях, Rolling Shutter (так это обозначается), создает эффект «желе», являющийся браком, если говорить с профессиональной точки зрения. И эффект этот особо проявляется при съемке видео.


Другой тип матрицы - CCD - ПЗС (прибор с зарядовой связью), записывает кадр целиком. Это и есть, так называемый Global Shutter . Принцип работы Global Shutter схож с работой плёночного фотоаппарата - кадр записывается целиком, тем самым исключается деформация изображения. Таким образом Global Shutter выдает более реалистичное и качественное изображение.

Что такое Обтюратор?

Обтюратор (фр. obturateur, от лат. obturo — закрываю) — механическое устройство, для периодического перекрывания светового потока. Этот тип затвора используется в кинокамерах. Как известно, пленочная кинокамера записывает 24 отдельных кадра в секунду, это значит, что 24 раза в секунду пленка подвергается воздействию света. В результате мы получаем иллюзию движения. При съемке видео, затворы, описанные выше в этой статье, невозможно использовать, так как они слишком сложны, для реализации 24 раза в секунду. По этой причине и был разработан обтюратор.

Затвор этот, очень похож на вентилятор. Распложён он внутри корпуса камеры и вращаясь закрывает, либо открывает световой поток к плёнке или матрице. Процесс состоит из трех этапов: пока диск перекрывает свет, пленка устанавливается на позицию, далее диск открывается - происходит экспонирование, на заключительном этапе диск закрывает кадр. Этот процесс повторяется 24 раза за секунду.



В современных камерах реализована возможность, точно подобрать значение скорости затвора. Но в случае с классическими пленочными камерами, вам придется рассчитывать выдержку самостоятельно. Существует понятие угла выдержки (смотри рисунок), соответственно, оператор вычисляет скорость затвора учитывая два параметра, угол затвора и частоту кадров.

Для примера, если вы работаете с пленкой, и запись ведется на скорости 24 кадра в секунду, а значение угла затвора равно 180°, то скорость затвора будет 1/48, или два раза 24. Следующая картинка поможет понять вам этот процесс.



Нередко производители кинокамер высокого класса указывают скорость затвора в углах, к тому же, существует большое количество интернет ресурсов, которые более детально и точно описывают механизм работы и вычисления скорости затвора, для плёночных камер.

Дорогие друзья, сегодня мы хотим рассказать, в чём разница между электронным и механическим затвором. В некоторых фотокамерах можно выбирать между спуском электронного и механического затвора. Электронный затвор позволяет управлять экспозицией, включая и выключая матрицу фотокамеры при срабатывании. В механическом затворе используются традиционная передняя и задняя шторки, расположенные перед матрицей, которые открываются и закрываются для регулировки экспозиции.

Электронный затвор
Бесшумная работа
Его достоинство — бесшумная работа, поскольку во время установки экспозиции не перемещаются внутренние детали. Это бывает важно в случаях, когда звук спуска механического затвора может привлечь внимание фотографируемого объекта, например, при съёмке с близкого расстояния дикой природы, спортивных мероприятий или тогда, когда фотографу нужно оставаться незамеченным.

Повышенная частота кадров
В электронном затворе нет механических деталей, благодаря чему можно повысить частоту кадров по сравнению с частотой, получаемой при использовании механического затвора. Например, фотокамера Nikon 1 V3 может снимать со скоростью 20 кадров в секунду с помощью электронного затвора и 6 кадров в секунду — с помощью механического.

Снижение дрожания/смазывания
Движение передней шторки механических затворов или удар зеркала вызывают незначительные вибрации, которые в фотокамерах с высоким разрешением могут приводить к дрожанию фотокамеры или смазыванию изображения. При фотосъёмке со штатива с использованием электронного затвора дрожание фотокамеры и смазывание изображения уменьшаются, поскольку физические объекты внутри фотокамеры не перемещаются.

Механический затвор
Уменьшение искажения строчного затвора
При съёмке с короткой выдержкой проносящихся мимо объектов или при быстром панорамировании КМОП-матрица может создавать искажение строчного затвора. Если используется электронный затвор, КМОП-матрица включена и последовательно сканирует линию за линией, а при съёмке быстро движущихся объектов искажение отображается на снимке, например, виден след движения игрока в гольф, опускающего клюшку. Если при съёмке с короткой выдержкой используется механический затвор, передняя и задняя шторки затвора располагаются настолько близко друг к другу, что в отдельно взятый момент времени экспонируется только фрагмент (полоса) матрицы. Это помогает уменьшить искажение строчного затвора.

Повышение скорости синхронизации вспышки
Синхронизация вспышки при использовании механических затворов часто выполняется быстрее, чем в случае с электронными. Так происходит из-за особенностей электронного затвора и частоты сканирования матрицы. Во время съёмки на улице при ярком освещении и использовании самой высокой скорости синхронизации вспышки лучше всего работать с механическим затвором. Например, максимальная выдержка синхронизации вспышки при использовании механического затвора Nikon 1 V3 — 1/250 с, а при использовании электронного затвора — 1/60 с.

Понравилась ли вам статья? Задавайте вопросы и не забывайте

Одним из основных механизмов цифровых фотоаппаратов является затвор, его функциональное предназначение - пропуск, при нажатии на кнопку, световых лучей к матрице , которая является светочувствительным элементом. Световые лучи пропускаются в течение определенного периода времени. Этот период времени, во время которого открывается затвор, носит название «выдержка ». Особенностью цифровых аппаратов является установка затворов, которые могут закрываться и открываться с очень большой скоростью, благодаря этому время выдержки (засветки матрицы) регулируется с высокой точностью. Для специалистов очень важно, чтобы фотооборудование обладало такой точностью, а также большим диапазоном. При большой выдержке на матрицу попадает и большее количество света. Затвор современных цифровых фотоаппаратов, особенно для профессионального использования, может качественно управлять выдержкой. В тоже время этот элемент защищает матрицу от засветки, которая может происходить при считывании изображения, в самом начале экспозиции .

Виды затворов

Затворы могут иметь различия в своей конструкции, а также в принципе закрытия. По таким особенностям разделяют данные элементы на электронные и механические. В различных моделях цифровой фотоаппаратуры устанавливается электронный затвор, он встраивается непосредственно в сенсор камеры.

Электронный затвор

В нужный момент включает сенсор на прием светового потока, по команде процессора потом выключает его. Работой такого затвора управляет процессор фотоаппарата, его электронное оборудование. При использовании такого электронного элемента на матрицу световой поток попадает постоянно, благодаря этому изображение с матрицы передается на ЖК-дисплей цифрового аппарата. Считывается такое изображение за определенное время, которое длится между обнулением матрицы и моментом, когда считывается электронная информация. Это время и составляет величину выдержки, которой характеризуется фотоаппарат. Благодаря электронным затворам фотограф может использовать короткие выдержки, даже до 1/15000с. Работа электронного затвора отличается отсутствием шума и вибрации. Единственное, при использовании такого затвора можно наблюдать и низкое качество изображения, так как чтение ячеек матрицы происходит последовательно. Для того чтобы избежать искажения изображения, таких неприятных эффектов, как ореол, блюминг, профессиональное фотооборудование обеспечивается еще и механическим затвором.

Механический затвор

Обеспечивает дополнительную защиту матрицы от попадания мелкой грязи и пыли. Он также выполняет и такую важную функцию, как дозирование попадания света на светочувствительный элемент фотоаппарата, то есть на матрицу. Благодаря механическому затвору дорогостоящая матрица сохраняет свои высокие технические качества. Для такого затвора характерен определенный срок службы.
Механические затворы также подразделяются на две группы - шторные и центральные.

Центральный затвор

Представляет конструкцию из тонких пластинок (лепестков ), открывающихся к краям и закрывающихся в обратном направлении, поэтому световой поток распределяется равномерно. Он устанавливается между линзами объектива. Наибольшую ценность для профессионалов имеют те затворы, в которых заслонки открываются очень быстро.

Шторные затворы

Обладают более высокой скоростью и большей моментальной выдержкой. В конструкции шторного затвора используются две части (шторки), которые между собой разделяются щелью. В нее проникает из объектива световой поток. Когда срабатывает щелевой затвор, его первая шторка открывает кадровое окно, вторая закрывает. От ширины щели, которая образовывается между шторками, зависит величина выдержки. Принцип действия шторного затвора, при котором перемещаются шторки, может привести к искажению некоторых объектов снимка. Но данный затвор обеспечивает обработку коротких выдержек и имеет высокий коэффициент действия.

Электронно-оптический затвор

В цифровых фотоаппаратах может использоваться еще и электронно-оптический затвор, который представляет собой жидкий кристалл, расположенный между двумя поляризованными пластинами. Через этот кристалл протекает световой поток, потом он попадает на оптический преобразователь.
Затвор является важным элементом работы любого фотооборудования. Основной принцип работы любого вида затворов - это открытие во время фотографирования, пропуск световых лучей. Когда световой поток попадает на светочувствительный элемент, производится экспонирование кадра. Следующий этап - закрытие затвора, что позволяет приступить к следующему снимку. Затвор играет очень важную роль в конструкции фотоаппарата.

Основы фотографии #5.8

Несколькими предыдущими статьями я охватил два типа 1 конструкций фотографических затворов:шторно-щелевой и лепестковый. Оба типа настолько отличаются друг от друга, что каждый из них обладает разнообразным набором особенностей, которые фотографу целесообразно учитывать в своей практике.

Несмотря на существенные различия и шторно-щелевой, и лепестковый затворы являются внешними приборами по отношению к светочувствительному сенсору и относятся к механизмам. Другими словами, рассмотренные устройства имеют габариты, соизмеримыми с габаритами сенсора, включают в себя подвижные узлы и выполняют свою функцию – преграждение и «дозированное» пропускание потока световых лучей – благодаря перемещению деталей.

Электронный затвор (от англ. electronic shutter) – я обращусь к нему в настоящей и нескольких следующих статьях – едва ли обладает хотя бы одним из перечисленных свойств. Здесь открывается новая вселенная с индивидуальными закономерностями и вытекающими особенностями, на которые фотографу, применяющему цифровые технологии, желательно обратить внимание, если он хочет достигнуть высококлассных результатов при оптимальных расходах. Предлагаю плавно переместиться во вселенную Электронного Затвора и разобраться, как в ней «всё» устроено, и как её устройство влияет на создание фотографических изображений. Скажу сразу, эта вселенная не только интересная и перспективная, но уже в настоящем времени раскрывающая перед фотографами различных направлений возможности, которые несколькими годами ранее (примерно 5-25 лет назад) существовали лишь в воображении. Например, запечатлеть столкновение реактивного снаряда с препятствием в условиях съёмки с естественным освещением без электронного затвора едва ли возможно.

Чтобы дальнейшее изложение стало для Вас максимально эффективным, предлагаю Вам сделать паузу и вспомнить устройство и принцип действия светочувствительного сенсора, а также типы сенсоров, применяемые в фотографии. Освежите в памяти свои знания с помощью второго раздела четвёртой части серии «Основы фотографии».

Что такое электронный затвор?

К поиску ответа подойду с обратной стороны. Сначала опишу то, чем не обладает электронный затвор, и чем последний не является.

Он едва ли имеет подвижные механические детали. Более того, электронный затвор едва ли является механизмом. Я не могу его пощупать, увидеть, описать его составные части, их расположение относительно друг друга.

Электронный затвор, по факту, не «затворяет» свет, не преграждает путь световым лучам наравне со своими «старшими братьями». Другими словами, слово «затвор» в названии является, скорее, номинальным. Тем не менее, электронный «затвор» успешно осуществляет ту же основную функцию, которую выполняют и шторно-щелевой, и лепестковый затворы. Сформулирую её следующим образом.


Основная функция любого фотографического затвора – обеспечить фотографу возможность управлять светом, непрерывно во времени облучающим светочувствительный слой. Диафрагма может изменять освещённость последнего, другими словами, регулировать количество световых лучей, которые достигают поверхности светочувствительного слоя. Затвор же может прерывать излучение. Он позволяет сделать непрерывный поток световых лучей, достигших поверхности светочувствительного слоя, конечным во времени.

Помимо того, что электронный затвор не механизм, он, также, не является устройством, веществом, состоящим из атомов, или электромагнитным полем, или, даже, межзвёздной средой.

Электронным затвором буду называть метод, с помощью которого светочувствительный сенсор учитывает количество фотонов 2 , достигших поверхности последнего.

Метод реализуется одновременно на нескольких уровнях. На уровне атомов физических веществ (отсюда и название «электронный», то есть «связанный с электронами 3 »), на уровне компонентов, образующих светочувствительный сенсор, и на уровне программ, которые управляют физическими процессами, происходящими в сенсоре 4 .

Метод реализуется различными способами, которые, в частности, зависят от типа светочувствительного сенсора. Выбор способа оказывает прямое влияние на создаваемое цифровое изображение, а также как на технические, так и на художественные возможности фотографа. Начиная со следующей статьи, я рассмотрю шесть способов, по сути, шесть конструкций светочувствительных сенсоров, которые Вы можете встретить, фотографируя с помощью цифровой камеры 5 . Чтобы повысить эффективность рассмотрения, облегчить восприятие способов, проведу предварительную подготовку.

Опишу несколько структурных особенностей, характерных черт электронного затвора.

Инженеры-разработчики современных фотографических систем могут реализовывать его, по определению, в цифровых фотоаппаратах. Однако, Вы едва ли встретите электронный затвор в «плёночных» камерах. В последних изображение получается за счёт слабоуправляемой химической реакции, а не регулируемых последовательных операций с электронами, выполняемыхмикросхемами 6 . Поэтому электронный затвор естественным образом появился вместе с КМОП-сенсорами 7 и светочувствительными сенсорами, построенными по принципу ПЗС 8 (далее я буду называть такие сенсоры, просто, ПЗС). Благодаря обоим существует, в частности, современная фотография.

Электронный затвор в отличие от шторно-щелевого или лепесткового затворов, которые являются отдельными и съёмными механизмами, едва ли может находится где-то кроме, как «внутри» светочувствительного сенсора. Электронный затвор можно рассматривать как одну из функций сенсора. При необходимости в сервисном центре Вам могут заменить шторно-щелевой или лепестковый затвор, а вместо замены электронного затвора квалифицированный специалист предложит Вам заменить светочувствительный сенсор и\или, возможно, управляющую схемуфотоаппарата и\или встроенное в последний программное обеспечение, так называемую, «прошивку» (на англ. firmware).

Я привёл определение и обозначил «внешние» характерные черты электронного затвора. Теперь обращусь к практической стороне.