Perché non esiste una tapparella quando si utilizza una tapparella meccanica?

Quindi so che potrebbe non essere il posto migliore per porre questa domanda, ma forse alcuni di voi hanno familiarità con la meccanica delle fotocamere digitali mirrorless e la tecnologia dei sensori CMOS.

Non capisco bene perché i sensori elettronici di immagine, che creano artefatti di tapparelle, non producano immagini con questo problema, se combinati con un otturatore meccanico. La cosa che non capisco è la seguente:

La tapparella si verifica a causa della lettura del sensore da un lato all'altro (di solito dall'alto verso il basso), quindi l'immagine reale viene cucita insieme da linee di scansione di diversi momenti consecutivi. Nella mia comprensione, la lettura della linea di scansione imita la finestra dell'otturatore meccanico che viaggia sopra il sensore (?). Ora, quando viene utilizzato un otturatore meccanico davanti al sensore, l'otturatore assume questo compito, mentre il sensore viene letto globalmente contemporaneamente (?). Pertanto, i manufatti della tapparella non vengono visualizzati nell'immagine finale. MA se il sensore può essere letto a livello globale contemporaneamente, perché questo non accade semplicemente quando si utilizza un otturatore elettronico? Perché il sensore non può essere semplicemente acceso e spento ad es. Entro 1/2000 di secondo completamente, evitando la tapparella? Perché è necessario il "metodo della linea di scansione" per acquisire un'immagine,

Quando ho una fotocamera che può scattare immagini fisse a 10 fps con un otturatore meccanico, perché non significa che il sensore può scattare immagini a 10 fps elettronicamente senza produrre tapparelle?

Ho trovato questo post che spiega il motivo generale della tapparella, ma non la domanda specifica che ho.

Non so nemmeno se i miei presupposti siano corretti, ma mi farebbe piacere se qualcuno potesse far luce su questo.

Quando ho una fotocamera che può scattare immagini fisse a 10 fps con un otturatore meccanico, perché non significa che il sensore può scattare immagini a 10 fps elettronicamente senza produrre tapparelle?

Per capire perché, dobbiamo dare un'occhiata a un tipico pixel 3T (ransistor):

Questo pixel 3T può essere utilizzato con tapparelle, ma non con tapparelle globali (elettroniche). Il segnale RST ripristinerà la tensione attraverso il fotodiodo su una tensione positiva. Quando viene rilevata la luce, tale tensione diminuisce in modo proporzionale alle cariche fotogenerate rilevate. La parte fastidiosa dell'otturatore globale è che non possiamo spegnere il fotodiodo . Non possiamo leggere tutti i pixel contemporaneamente per motivi pratici (troppi fili, circuiti di lettura, alimentazione, ecc.), Quindi durante la lettura la luce continuerà a essere raccolta in altri pixel causando la modifica della loro uscita. L'aggiunta di un otturatore meccanico consentirà di evitare che la luce raggiunga il fotodiodo, aggirando il problema.

Per implementare l'otturatore globale in CMOS, è necessario almeno un pixel 4T:

$M_{sf}$

Lo svantaggio principale dell'otturatore globale rispetto alla tapparella è che la finestra temporale di acquisizione si riduce. Questo è spiegato nel post che hai citato. È anche dimostrato nel seguente diagramma (che ho disegnato rapidamente in vernice).

$<1e^-$

Ci sono due parti in questo: in primo luogo, le tapparelle possono ancora verificarsi con (alcune, vedi nota) tapparelle meccaniche. Tuttavia, questo è solo a brevi tempi di esposizione. L'otturatore è costituito da due tende. Prima dell'esposizione, la tenda 1 è davanti al sensore. Quando inizia l'esposizione, la tenda 1 si sposta verso il basso (o verso l'alto o qualsiasi altra cosa) e inizia a esporre il sensore. Alla fine dell'esposizione, la tenda 2 si sposta all'interno e copre il sensore.

Supponiamo che le tende impieghino 2 millisecondi per eseguire l'intero movimento. Se hai un tempo di esposizione di 100 millisecondi, ciò significa che per 98 millisecondi, l'intero sensore viene esposto allo stesso tempo. Di conseguenza, non esiste una tapparella.

Ad un certo punto, tuttavia, le persiane non possono muoversi abbastanza velocemente e in nessun momento viene esposto l'intero sensore (questo è il punto in cui la fotocamera non sarà in grado di utilizzare una semplice sincronizzazione flash). Ad esempio, supponiamo di avere un tempo di esposizione di 1/1000. Ciò significa che il nostro sensore può essere esposto solo per 1 millisecondo. Tuttavia, se la seconda tendina attende che la prima tendina abbia completamente esposto il sensore, parti del sensore saranno già state esposte per 2 millisecondi! Invece, la seconda tendina inizia a muoversi prima che la prima tendina sia terminata e l'esposizione si presenta come una "linea" di sensore esposto. Guarda questo video dei Slow Mo Guys su YouTube, dove puoi vedere chiaramente cosa sta succedendo:

https://www.youtube.com/watch?v=CmjeCchGRQo

Quindi perché non vediamo lo stesso effetto tapparella con queste fotocamere? Noi facciamo! Non ce ne accorgiamo. Ecco gli otturatori su una DSLR che si muovono così velocemente che anche a un tempo di esposizione di 5 millisecondi, spesso esporranno l'intero sensore ad un certo punto (il che si traduce in un'immagine sfocata se il movimento è elevato e che nasconde qualsiasi "tapparella) "effetto. A velocità dell'otturatore più elevate, la quantità di movimento necessaria per darti l'effetto dell'otturatore (diciamo ad 1/1000 di una seconda esposizione) è molto alta, molto più alta delle tue esposizioni tipiche nel video. Ma se raggiungiamo quelle velocità, tapparella è una cosa con tapparelle meccaniche, basta dare un'occhiata a questa immagine da Wikipedia :

Non sono sicuro di come avvenga la lettura del sensore di un moderno sensore DSLR, ma penso che facciano ancora qualche forma di scanline. Questo non è solo correlato all'illuminazione del sensore, che viene eseguita da un otturatore meccanico.

Nota: si potrebbe forse affermare che le persiane a battente utilizzate nelle macchine fotografiche (molto) costose sono prive di tapparella.