Perché le telecamere utilizzano una singola esposizione anziché integrarsi in molte letture molto rapide?

Non ho mai capito perché le telecamere necessitino di un otturatore con una velocità specifica e perché questo non possa essere regolato in postelaborazione. Penso che il sensore attuale funzioni in modo integrale: risparmiano la quantità di luce che li raggiunge durante tutto il tempo in cui l'otturatore è aperto. Ma perché non possono funzionare in modo differenziale?

Nella mia mente ho questa idea: imposta la velocità dell'otturatore in modo che sia aperta per molto tempo, più di quella di cui hai bisogno ... ad esempio alla luce del giorno impostala su 1 secondo, premi il pulsante, l'otturatore si apre e il sensore si avvia per registrare, ma in modo differenziale: risparmierebbe la quantità di luce che la raggiunge ogni 0,001 secondi per 1 secondo. In questo modo ho più informazioni, in realtà ho 1000 frame registrati in 1 secondo e in postprocessing posso scegliere di integrare solo i primi dieci, per simulare uno scatto con 0,01 secondi, o i primi cento, per simulare uno scatto con 0,1 seconda esposizione

Usando un'elaborazione sofisticata o selezionando manualmente le aree, potrei persino decidere di utilizzare un'esposizione diversa per diverse parti dell'immagine finale, ad esempio un'esposizione di 0,1 secondi per il suolo e 0,03 per il cielo, usando 100 fotogrammi per il cielo e 30 fotogrammi per il cielo.

Ha senso? Perché le telecamere non funzionano in questo modo?

Il problema è la velocità di lettura. Non è possibile leggere l'intero sensore abbastanza velocemente perché funzioni nel caso generale. Anche se tu potessi. ci sarebbe anche un effetto dannoso sulla qualità dell'immagine poiché si applicherà ripetutamente il rumore di lettura.

Almeno con i sensori CMOS è possibile leggere in posizioni casuali, ma con i sensori CCD ogni riga viene spostata nella successiva per eseguire la lettura. Questo è il motivo per cui quando le luci sono troppo luminose si ottengono strisce verticali nell'anteprima delle telecamere utilizzando i CCD.

Quindi ci sono ragioni per cui i fotografi scelgono una velocità dell'otturatore : congelare una fetta di tempo. Le persone sarebbero quasi sempre sfocate se non avessi fermato l'otturatore abbastanza velocemente.

Penso che potrebbero funzionare in questo modo, ma ci sono due grossi problemi:

1. Poiché i sensori funzionano ora, la lettura del rumore avviene una sola volta. Con molte letture molto brevi, il rumore di lettura sarebbe aggravato.
2. Ci sono solo più dati di quanti possiamo eventualmente gestire. Questo è sia un problema nella lettura effettiva del sensore (troppi dati da leggere) che i file RAW risultanti sarebbero ordini di grandezza più grandi di oggi.

Nella tua domanda originale, hai usato ¹⁄₁₀₀ di secondo come esempio. In realtà non è affatto una velocità dell'otturatore molto lunga, ed è già 10 × dove siamo con le fotocamere attuali. Affinché ciò sia davvero significativo, avremmo bisogno della tecnologia al punto in cui il sensore viene letto da 10 a 100 volte più veloce di quello - il che aggrava i problemi in modo significativo.

Il secondo problema sarà risolto dalla legge di Moore tra un decennio o due, e il primo potrebbe esserlo, poiché l'elettronica diventa più piccola e più precisa. Per il momento, non è pratico.

L'Olympus OM-D E-M5 ha in realtà una funzione in cui mostra l'esposizione "in via di sviluppo" in esposizioni lunghe, ma che evita i problemi sopra richiedendo un minimo di mezzo secondo tra le letture: è utile solo per esposizioni lunghe.

Ma, in futuro, con una migliore elettronica, probabilmente tutte le telecamere funzioneranno in questo modo e, con una quantità di memoria molto più disponibile, potrebbero anche registrare continuamente. Il pulsante "Shutter" servirebbe semplicemente a contrassegnare una parte del flusso come interessante, per un successivo sviluppo. E mentre ci siamo, abbandona l'obiettivo e rendi questa una fotocamera a campo luminoso a 360º; inquadratura, apertura e messa a fuoco possono essere selezionate anche dopo il fatto, gettando la saggezza convenzionale sulle basi della fotocamera completamente fuori dalla finestra

Come molte persone hanno già detto, c'è l'aspetto della velocità di lettura di questo. I circuiti di imaging non possono semplicemente "acquisire" istantaneamente i valori dei pixel del sensore, ma devono essere letti riga per riga.

Quindi, devi anche pensare a dove vanno questi valori di aggiornamento dei pixel. Anche con una certa compressione, assumendo una bassa entropia dei frame successivi rispetto ai frame precedenti, occuperanno una notevole quantità di spazio. Inoltre, i dati che non risultano molto comprimibili rallenteranno l'intero processo - poiché la compressibilità di un nuovo frame rispetto al vecchio non può essere garantita, il sistema dovrebbe comunque avere abbastanza larghezza di banda per coprire lo scenario peggiore senza degradare.

Infine, (e questo è in qualche modo banale), bisogna considerare l'effetto della disuguaglianza di Heisenberg, o principio di incertezza. Ad ogni campione, abbiamo un livello di incertezza sulla misurazione. Prendendo moltissimi campioni (ognuno con cui apparentemente abbiamo poca fiducia, altrimenti potremmo selezionare solo un singolo fotogramma dei circa mille), stiamo ottenendo incertezza su ciascuno di quei fotogrammi, piuttosto che una sola volta. Ciò si aggraverebbe quando si combinano più fotogrammi e ora la massima incertezza viene moltiplicata per il numero di fotogrammi con cui si sta componendo l'immagine finale. Nel peggiore dei casi, ciò potrebbe degradare considerevolmente le immagini.

Mentre la tua idea è intrigante, ci sono diversi motivi per cui non funzionerebbe.

Dimensione del file: pensa a quanto sarebbe grande il file di immagine risultante. La mia reflex 8mp offre file di circa 3 MB di dimensione. Se stavo scattando 100 immagini ogni volta che premevo l'otturatore, avrei preso 300 MB sulla mia scheda. Una carta si riempirebbe troppo velocemente. Inoltre, questi sono solo numeri per la mia fotocamera, che ha una risoluzione relativamente bassa. Per le fotocamere professionali le dimensioni potrebbero facilmente raddoppiare o triplicare. In Raw, la dimensione potrebbe aumentare di circa tre volte. Alla fine, il fotografo professionista Raw potrebbe finire con oltre 3 GB per colpo.

Esposizione: a volte, una fotocamera deve essere esposta per più di 1/100 di secondo. per ottenere la giusta quantità di luce. Se si scatta con una luce troppo scarsa, le immagini risultanti sarebbero sottoesposte e potenzialmente inutilizzabili. Non puoi semplicemente combinare le immagini per compensare questo, in quanto non riesci a trovare i dati che non ci sono.

Rumore: quando i sensori si surriscaldano, mostrano un fenomeno noto come rumore. Questa è la macchiolina di pixel colorati casualmente apparenti in alcune foto. Se il sensore funzionasse costantemente per un secondo alla volta, i livelli di rumore aumenterebbero rapidamente, portando potenzialmente a immagini inutilizzabili.

Velocità di scrittura delle carte : le schede di memoria sono limitate nella velocità con cui possono essere aggiunte informazioni. Questo è noto come la loro velocità di scrittura. Per gestire file di queste dimensioni, le carte richiedono una velocità di scrittura elevata. Queste carte possono essere estremamente costose.

Quindi, per ricapitolare, questa è un'idea interessante, ma è una con molti ostacoli di mezzo.

Spero che questo abbia aiutato.

Si potrebbe notare che da quando questa domanda è stata posta, questa idea è stata in qualche modo implementata in (almeno alcuni) smartphone.

Poiché i limiti tecnologici non sono migliorati così tanto, è ovviamente limitato a esposizioni molto lunghe in condizioni di scarsa luminosità (ad es. Astrofotografia). Il fatto che il software impili più esposizioni al secondo è visibile in caso di movimento nel fotogramma (avranno delle leggere discontinuità nella lettura).

L'impilamento può anche essere visualizzato in tempo reale sullo schermo poiché l'immagine del "risultato" appare sempre più luminosa.

Ci sono telecamere che funzionano essenzialmente in quel modo. Cerca telecamere High Dynamic Range (HDR). I meno costosi funzionano raggruppando l'esposizione, essenzialmente prendendo due o quattro esposizioni diverse, quindi combinandole nel loro software interno in un'immagine unificata. Puoi effettivamente farlo con qualsiasi fotocamera, utilizzando un software esterno .

La mia comprensione di come funzionano le fotocamere HDR di fascia alta è che in pratica calcolano in modo dinamico un tempo di esposizione automatica separato per ogni singolo pixel e lo uso per determinare la luminosità effettiva della scena. Ciò risolve il problema di disporre di tonnellate e tonnellate di dati per ciascun pixel, in pratica è sufficiente memorizzare il tempo di esposizione e i valori di colore quando si supera una certa soglia di luminosità. Ovviamente, questo richiede hardware e software molto più complessi per funzionare correttamente.

Esistono diversi tipi di persiane ma quelle principali sono persiane meccaniche ed elettroniche (il sensore è acceso / spento).

La maggior parte delle reflex digitali utilizza l'otturatore del piano focale mentre le videocamere utilizzano otturatori elettronici. Quindi, mentre suona come quello che vuoi fare per integrarli, ci sono altri modi per raggiungerlo.

Il motivo principale di un otturatore è per l'esposizione, un principio fondamentale della fotografia.

Probabilmente potresti creare qualcosa per il tuo esempio. Potresti voler esaminare il bracketing o, se ciò non bastasse, il tethering.

0,01 = 1/100 e velocità dell'otturatore ridotta. La maggior parte delle fotocamere supporta velocità fino a 1/8000 secondi.

Solo nella tua ultima parte:

diciamo che risparmia la quantità di luce che la raggiunge ogni 0,01 secondi per 1 secondo.

Dovresti ancora pensare all'esposizione per quel colpo, ogni 0,01 secondi.

A parte i punti sollevati da tutti gli altri: cosa succederà all'esposizione?

ad es. con la mia macchina fotografica convenzionale un'esposizione di 1 secondo è ciò di cui ho bisogno per un determinato scatto. In sostanza, ciò significa 1 secondo di luce registrata dal sensore in una volta sola.

Ok, andiamo al suggerimento che hai fatto, la videocamera registra 1000 volte la luce per 0,001 secondi. Tutte queste immagini sono sottoesposte e quindi inutili. Se li impilo non ottengo la stessa immagine della mia macchina fotografica convenzionale perché l'impilamento non corregge la sottoesposizione. Per ottenere qualcosa vicino all'esposizione corretta avrei bisogno di un'apertura molto ampia, che (anche se riuscissi a trovare un obiettivo adatto) avrebbe altri problemi: profondità di campo ecc. Se intendi che il sensore sarebbe abbastanza sensibile da catturare effettivamente abbastanza luce in 0,001 di secondo in modo che l'immagine non sarebbe sottoesposta avremmo un grave problema con il rumore. L'idea che dici di includere / escludere i fotogrammi per ottenere un'esposizione diversa è già gestita in PP con il dispositivo di scorrimento dell'esposizione.

Puoi provare la tua idea scattando scatti con un breve otturatore (come suggerisci) e poi impilandoli nel software HDR o nel software Startrail.

Le cose di post elaborazione menzionate riguardo al prendere il terreno e il cielo con esposizioni diverse per bilanciare l'immagine possono già essere rettificate in PP con i controlli ombra / luci e / o tonalità divisa.

Inoltre, pensa alla fotografia d'azione come il motorsport in cui ho bisogno di un lungo otturatore durante la panoramica per dare un senso di velocità e movimento. Se dico 200 immagini con un tempo di posa molto piccolo non colpirò la sfocatura e l'effetto dello scatto non funzionerà.