曝光簡介

曝光是相機中用來控制感光元件接收光線時長的重要過程，其結構和功能對相機的性能和檔次有著直接的影響。通常，曝光的時間范圍越大，相機的適應性越好。在拍攝快速運動的物體時，需要使用較短的曝光時間，而在拍攝夜景或進行光繪時，則需要使用較長的曝光時間。

全局曝光與卷簾曝光

全局曝光

全局曝光（Global Shutter）是指相機傳感器上的所有像素在同一時間開始和結束曝光。這種方式的優勢在于能夠保證整個畫面在同一時間被捕捉，從而避免由于物體移動而產生的圖像畸變和拖影。全局曝光通常應用在CCD傳感器中，這類傳感器的所有像素同時曝光并收集光線，曝光結束后傳感器讀出數據形成完整的圖像。

優點：

所有像素點同時曝光，避免了圖像的畸變和拖影。

在拍攝高速運動的物體時表現更佳。

缺點：

曝光時間受限于機械開關速度，存在理論上的最小曝光時間。

機械結構復雜，成本較高。

卷簾曝光

卷簾曝光（Rolling Shutter）是指相機傳感器逐行進行曝光，從第一行開始依次進行，直到最后一行完成曝光。這種方式通常應用在CMOS傳感器中。由于各行像素的曝光時間不同，因此在拍攝高速運動物體時，容易出現圖像畸變，即“卷簾效應”。

優點：

能夠實現更高的幀速率，適合高幀率視頻拍攝。

傳感器制造成本較低，結構相對簡單。

缺點：

在拍攝高速運動物體時，容易出現圖像畸變和拖影。

曝光時間的不一致會導致圖像出現扭曲和失真。

卷簾效應的實例和分析

在日常拍攝中，卷簾效應通常在拍攝高速運動物體時更為明顯。例如，當我們拍攝飛機的螺旋槳時，螺旋槳的葉片可能會在圖像中出現彎曲的現象。這是因為在曝光過程中，螺旋槳的位置不斷變化，而逐行曝光的方式無法同時捕捉到螺旋槳的每個位置。

此外，坐在高速行駛的汽車或火車中拍攝窗外的景象時，也會出現類似的效果，樹木或建筑物可能會在圖像中顯得傾斜。

拖影現象

拖影是由于拍攝目標與相機之間存在相對運動而導致的。當相機的曝光時間較長，而拍攝物體在曝光過程中移動，圖像上的不同像素點會在不同時間接受到光線，最終形成的圖像是運動軌跡的疊加。

在拍攝運動物體時，曝光時間需合理設置，不能過長，否則容易產生拖影。曝光時間過短則會導致進光量不足，需要通過調大光圈或增加光照來補償。

曝光模式對比

逐行曝光

逐行曝光（Line-by-Line Exposure）是卷簾曝光的一種具體實現方式。傳感器從第一行開始逐行進行曝光，一個行周期之后下一行才開始曝光，直到最后一行。這種方式適用于靜態圖像的拍攝，成本較低，但在拍攝高速運動物體時容易出現拖影和圖像畸變。

全局曝光

全局曝光（Global Exposure）則是在同一時間內對所有像素進行曝光，曝光結束后傳感器同時讀取數據。由于所有像素點在同一時間段內捕捉光線，因此可以避免圖像的偏移和歪斜。這種方式在拍攝運動物體時表現更佳，但機械結構較復雜，制造成本較高。

結論

全局曝光和卷簾曝光各有優劣，選擇何種曝光方式取決于具體的應用場景和需求。在拍攝靜態圖像時，卷簾曝光能夠提供更高的幀速率和較低的制造成本，而在拍攝高速運動物體時，全局曝光則能更好地避免圖像畸變和拖影。因此，在選擇相機和傳感器時，需要綜合考慮處理速度、電池消耗、制造成本及整體復雜性等因素。