Затвор и rolling shutter

Зачем

Rolling shutter и мерцание ламп: почему заваливаются вертикали при панораме и как подобрать выдержку под свет 50 Гц.

Затвор решает, когда и как долго свет попадает на матрицу. Кажется, что тут нечему ломаться, — но именно здесь живут артефакты, которые портят кадр непоправимо и застают врасплох чаще всего.

Два типа затвора

Механический шторный. Две шторки бегут поперёк кадра, между ними — щель. Выдержка задаётся шириной щели и скоростью движения. На коротких выдержках вся матрица никогда не открыта целиком — по ней просто едет узкая полоса света.

Электронный. Механики нет: матрица считывается построчно, сверху вниз. Каждая строка экспонируется в свой момент времени, и полное считывание кадра занимает время считывания — от единиц до нескольких десятков миллисекунд в зависимости от камеры и режима.

Именно это время и порождает все проблемы, объединяемые словом rolling shutter — «бегущий затвор».

Четыре артефакта бегущего затвора

Артефакт	Как выглядит	Когда возникает
Наклон вертикалей	столбы и стены заваливаются вбок	быстрая панорама или быстрое движение объекта поперёк кадра
Дрожание («желе»)	картинка волнообразно колышется	съёмка с рук на длинном фокусном, из движущегося транспорта
Частичная экспозиция от вспышки	часть кадра засвечена, часть нет	вспышка при электронном затворе
Полосы от мерцающего света	горизонтальные тёмные и светлые полосы, бегущие по кадру	искусственное освещение с мерцанием

Механизм наклона понятен из устройства: пока считывание доходит от верхней строки до нижней, камера или объект успевают сдвинуться. Верх кадра снят раньше, низ — позже, и в промежутке мир уехал.

Важно

Из этого следует физический предел скорости панорамирования, который есть у каждой камеры и который стоит знать в лицо. Он не зависит от твоего мастерства и не обходится настройками: он определяется временем считывания матрицы.

Панорама медленнее предела — картинка чистая. Быстрее — вертикали поехали, и это уже не исправить. Своё число ты найдёшь в задании, и дальше оно будет ограничивать не тебя, а твои движения камеры — что гораздо лучше, чем узнавать об этом на монтаже.

Мерцание: почему полосы и как их убрать

Лампы, питающиеся от сети переменного тока, мерцают с удвоенной частотой сети: в СНГ и Европе сеть 50 Гц, значит свет пульсирует 100 раз в секунду. В регионах с сетью 60 Гц — 120 раз.

Если время экспонирования не кратно периоду пульсации, разные строки кадра получают разное количество света — и по кадру идут полосы.

Безопасные выдержки для сети 50 Гц:

Выдержка	Безопасна
1/50	да
1/100	да
1/60	нет
1/120	нет
1/200	нет

Обрати внимание на удачное совпадение: при съёмке видео 25 или 50 кадров в секунду правило 180° даёт как раз выдержки 1/50 и 1/100 — то есть в наших сетях правильная кинематографическая выдержка автоматически оказывается безопасной по мерцанию. При съёмке 24 или 30 кадров в секунду такого совпадения нет, и это одна из причин снимать в 25 или 50.

Опасно

Отдельная категория — светодиоды с широтно-импульсным регулированием яркости. Они мерцают на произвольной частоте, часто в сотни или тысячи герц, и никакая «правильная» выдержка их не спасает.

Встречаются такие лампы повсеместно: подсветка в магазинах, автомобильные фары и стоп-сигналы, светодиодные экраны, дешёвые студийные приборы на минимальной яркости. Проверять надо до съёмки: наведи камеру, поставь рабочую выдержку и посмотри на экран в увеличении. Полосы видны сразу.

Если мерцание есть, варианты такие: подобрать выдержку экспериментально, вывести прибор на полную яркость (при ней ШИМ часто отключается), включить в камере режим подавления мерцания или заменить источник.

Стробоскопический эффект

Родственное явление: вращающийся объект — колесо, винт, вентилятор — снятый с определённой частотой кадров, кажется стоящим или вращающимся назад. Каждый кадр застаёт лопасть почти в том же положении.

Лечится изменением частоты кадров или выдержки. Иногда, наоборот, используется как приём.

Когда какой затвор

Ситуация	Затвор
Съёмка со вспышкой	механический — электронный даст частичную экспозицию
Быстрое движение, панорамы, съёмка из транспорта	механический, если камера умеет
Полная тишина: концерт, интервью, дикая природа	электронный
Очень короткие выдержки сверх механического предела	электронный
Съёмка со штатива статичной сцены	любой; электронный убирает микровибрацию от шторок

Существует и глобальный затвор, считывающий всю матрицу одновременно и не имеющий этих артефактов вовсе. Он встречается в специализированных и дорогих камерах: за него платят динамическим диапазоном и ценой. Для учебной камеры его отсутствие — норма, а не недостаток.

Проверь себя

Почему при быстрой панораме с электронным затвором заваливаются вертикали?
Ты снимаешь видео 25 кадров в секунду в помещении с обычными лампами в сети 50 Гц. Какие две выдержки безопасны и почему одна из них совпадает с правилом 180°?
Светодиодная панель даёт полосы на всех «правильных» выдержках. Назови три способа справиться.

Предложить правку

Документы и ресурсы

Обязательные

Документация Полное руководство по эксплуатации твоей камеры — разделы о типах затвора и о подавлении мерцания

Практическое задание

Найди два своих числа: предел панорамирования и безопасные выдержки. Оба останутся с тобой навсегда и войдут в паспорт камеры.

Часть 1. Предел панорамирования.

Найди сцену с выраженными вертикалями: фонарные столбы, стойки забора, углы зданий, дверные косяки.
Поставь камеру в режим видео с рабочими настройками (правило 180°, электронный затвор).
Сними серию панорам одной и той же дуги — примерно 90 градусов — с разной скоростью: за 10 секунд, за 6, за 4, за 3, за 2, за 1 секунду. Считай вслух или про себя, чтобы скорость была воспроизводимой.
Дома просмотри покадрово и найди, на какой скорости вертикали начали заметно наклоняться.

Запиши результат в понятном виде: «панораму на 90 градусов делаю не быстрее чем за N секунд».

Часть 2. Безопасные выдержки под свои лампы.

Найди помещение, где ты реально снимаешь, с искусственным светом.
Сними короткие фрагменты на выдержках 1/50, 1/60, 1/100, 1/120, 1/200 — не меняя ничего другого, кроме компенсации экспозиции.
Просмотри каждый на увеличении и отметь, где есть полосы.

| Выдержка | Полосы | Годится |
|—|—|—|

Часть 3. Проверка на светодиоды. Найди светодиодный источник с регулировкой яркости (лампа с диммером, подсветка, экран). Сними его на рабочей выдержке при полной и при пониженной яркости. Запиши, появляется ли мерцание при убавлении.

Что сдать: число из части 1 сформулированной фразой, таблица из части 2, наблюдение из части 3. Всё — в «Паспорт моей камеры».

Самопроверка: три критерия.

Есть конкретное число секунд для панорамы, а не «медленно». Если наклона не появилось даже на самой быстрой панораме — либо у твоей камеры очень быстрое считывание (запиши это, отличный результат), либо в кадре не было выраженных вертикалей: найди столбы и повтори.
1/50 и 1/100 оказались чистыми, а 1/60 и 1/120 — с полосами (для сети 50 Гц). Если наоборот — проверь частоту сети в своей стране, возможно, она 60 Гц. Если полос нет нигде — освещение непульсирующее, и это тоже полезно знать про своё место съёмки.
В части 3 у тебя есть ответ да или нет про конкретный источник. Один раз проверенный источник больше никогда не застанет тебя врасплох на съёмке.