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高速电子快门干掉机械快门 专业相机的下一次变革?

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  从曾经的大哥大到功能机,再到如今的智能手机,手机的形态和功能发展经历了多次变革,而相机行业也同样遵循着这个规律不断变革,变革最大的2个方面就是产品形态和感光材质,诞生伊始是个又大又重操作麻烦的大画幅相机,之后持续的优化改进让相机的重量体积不断缩小,达到了让人能够方便手持拍摄,而负责成像的感光材料也从曾经的银盐胶卷发展到了后来的图像传感器,而从小的方面来说最近几年相机也有变革,那就是专业的单反相机基本已经开始被没有反光板的无反相机逐步替代,单反相机成为历史基本也就是时间问题,而在专业相机进入无反时代后,下一次全面的变革又会是什么呢?

  就现在相机行业的发展趋势来看,有一个趋势其实也已十分明显,传统的机械快门今后可能也会在专业相机中被逐步淘汰,而电子快门可能会成为无反相机时代全新的主流拍摄方式,今年年初索尼发布的旗舰微单A1就有了这一征兆,而近期更是传出了索尼的A9M3旗舰微单将会砍掉机械快门的传闻,即便是现在,适马推出的FP和FP L两款无反相机也都砍掉了机械快门,只支持电子快门进行拍摄,为何今后电子快门会取代机械快门,这里我们有必要来详细谈谈这二者之间的关系了。


  机械快门的优和劣

  在谈论电子快门与机械快门之前,我们首先来了解一下快门的基本原理,它用来控制光线照射感光元件时间的其中一个相机的核心装置,也就是在一段时间内让感光元件收集汇聚光线成像,然后按下快门后阻挡后续的光线进入,一张照片就是这样记录下来了,而在机械快门的设计上因此出现了两种不同的思路,一种叫焦平面快门,另一种叫镜间快门,前者是在相机的感光元件前放置一个快门组件,按下快门时快门帘放下,然后卷回上方,而镜间快门则是将快门组件放置在了镜头中,按下快门时,镜头中的光圈叶片收拢,然后再次放开,这两种快门类型都属于机械快门,目前相机市场上主流的单反和无反相机均采用卷帘式快门,它的优势在于镜头设计较为方便,同时快门速度的上限也相对较高,可以达到1/4000s以上,缺点在于使用闪光灯时同步速度较慢,这类相机的闪光灯同步速度多半只能达到1/250s,否则闪光灯的光线就只能照射到感光元件的一部分区域,而镜间快门由于光圈叶片的收缩关闭基本没有时间差的影响,因此其闪光同步速度相比焦平面快门可以更高,但镜间快门本身的快门上限就不高,一般快门极限也就在1/2000s左右,这个快门上限就很难满足一些高速拍摄用户的需求了,加上要在镜头上设计快门会增加镜头的设计成本,所以相对来说卷帘式快门会受到更多专业摄影师的青睐。


  不过焦平面快门也好镜间快门也罢,它们也都有一些共同的缺陷,首先但凡机械原理工作的元器件在经过长时间的运作后,或多或少都会出现损耗,日积月累后就会出现快门帘损坏或曝光不准确等问题,这也就是快门寿命的意思,同时由于有一个快门开关的物理过程,因此相机的对焦和连拍性能也会受到快门开关的影响,而且但凡是机械快门都会存在机身震动和快门声响,在一些需要安静的场合进行拍摄就很容易对他人产生干扰,而且现在的数码相机都不采用机械快门拍摄视频也有这个重要因素,而解决这些机械快门问题的,就是电子快门。

  电子快门的优和劣

  电子快门的成像曝光形式就与机械快门完全不同了,它的原理是依靠相机中的CMOS通电刷新情况来进行成像,形象的打个比方就是CMOS上通电类似于快门帘打开,而不通电类似于关闭快门帘。这样也就不存在机械快门的物理损耗,同时也没有机械快门带来的机震和声响,而且由于没有机械快门帘的运动,因此能够做到静音拍摄以及非常高的连拍性能,连拍性能也远远超越了机械快门,而且一些旗舰机甚至还能做到高速连拍下取景器里没有黑框的流畅拍摄体验。大家可以看一下佳能的EOS R5和索尼A1就能很明显的看到,机械快门的连拍张数远远小于电子快门,而且不少无反相机的电子快门上限能够高达1/32000s,这是机械快门远远无法达到的高度,目前所有的智能手机相机功能也都全部采用了电子快门进行拍摄。


  然而电子快门也有其显著短板,整个CMOS的通电刷新并不是瞬间所有像素点全部完成,而是采用逐行扫描的形式记录下画面,如果是静态拍摄电子快门没有任何问题,但一旦拍摄高速运动物体时就很容易产生画面变形了,也就是大家俗称的果冻效应,笔直的直线拍出来不再平直,呈现一个类似果冻摇晃的样子,因此而得名,而机械快门扫过成像面的时间比电子快门快,所以机械快门就不会存在这个问题,这也是为何适马FP和FP L虽然体积小巧,但拍摄题材局限的主要原因。


  而要想在电子快门上解决果冻效应,可行的办法就是进一步提升CMOS的扫描读取速度,于是就有了现在流行的堆栈式CMOS,相比起以前的前罩式和背照式CMOS来说,堆栈式CMOS的扫码读取速度有了巨大的提升,在电子快门下进行拍摄也不再有明显的果冻效应,不过需要指出的是,使用堆栈式CMOS并不等同于完全解决了果冻效应,它只是降低了果冻效应的问题,但并没有根除,而要彻底解决这个难题,就得采用全局快门的方式进行拍摄,但目前的全局快门拍摄也依然存有问题,使用长曝光进行拍摄时,画面的噪点会很严重,所以画质上会不如常规的电子快门,如果要想解决全局快门下的噪点问题,以目前的技术手段来说还是相当困难的。所以在果冻效应这个问题没有得到有效解决之前,机械快门还会继续长期存在下去。


  另一大阻碍电子快门成为主流的原因也是闪光灯的同步问题,现在相机的闪光灯体系依然还是以机械快门为主,但最近随着索尼A1的发布,电子快门也能与闪光灯同步拍摄了,这也让电子快门的技术发展又迈进了一步。而第三个阻碍用户使用电子快门的或许只有用户个人使用的习惯问题了,不听到快门时就觉得不得劲,但这个问题其实是小Case,相机厂商做一个快门声模拟功能就可以实现了。这点在手机上就得到了很好的诠释,比如一加9 Pro手机明明就只能是电子快门拍摄,它却能给我们模拟出一个哈苏经典的镜间快门声,手机厂商都能做到的事情,相信相机厂商也不难实现。


  电子前帘 ≠ 电子快门

  在电子快门出现的同时,有些人会把无反相机中的电子前帘与电子快门搞混,电子前帘其实只是一个机械快门的变种,让无反相机解决机械快门机震和快门时滞的问题,让前帘落下的操作环节改由电子扫描代替,后帘则是传统的机械快门方式,这种快门类型依然不会产生电子快门出现的果冻效应,其缺点主要在于快门速度大于1/2000s时容易切光斑影响焦外表现,大家在使用无反相机拍摄时注意一下拍摄环境就好。


  总结

  所以归根结底,电子快门的发展瓶颈目前主要还是在于图像传感器的读取速度问题,鉴于目前TowerJazz尚未有成型商用的堆栈式CMOS,佳能的EOS R3也传出并非其自身生产制造的消息,这么看起来,能够解决这个问题的企业目前来看似乎只有索尼,如果要说引领相机行业启动电子快门革命的话,可能还真的只有索尼一家能够做到了,当这个变革局面出现的话,索尼很可能那时候就是一个独孤求败的地位了。

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