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為什麼手機影片拍出來畫面長這樣?這則短片告訴你什麼是 Rolling Shutter 果凍效應

T客邦 標誌 T客邦 2017/7/19 JC

智慧手機的相機已經是許多人用來拍照的主要工具之一,但有時候我們在利用手機拍攝快速移動的物體時,都會出現飛機螺旋槳在照片中居然呈現詭異的彎曲現象,或是眼前快速移動的火車居然是傾斜的景象,到底是怎麼回事?

現金,大多數數位相機採用了 CCD 或 CMOS 感光元件。這兩種類型的感光元件都能夠完成選取影像、轉換電子訊號的任務。

CCD 感光元件是一個基於類比訊號的設備。當光投射到其表面時,將有訊號電荷產生。電荷訊號可以轉換成電壓,並按指定的時序將圖像信息輸出。數位相機主板上的其他電路將把這訊號轉換成數位訊號,以便微處理器進行處理;而 CMOS 感光元件是一類利用 CMOS 半導體的主動像素傳感器。每個光電傳感器附近都有相應的電路直接將光能量轉換成電壓訊號。與CCD不同的是,它並不涉及訊號電荷。在主板上可能也需要類比數位轉換器將它的輸出訊號轉換成數位訊號。

現今的智慧手機相機主要都是採用 CMOS 感光元件。CMOS,全名稱為「互補式金屬氧化物半導體」(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)。Youtube 頻道 SmarterEveryDay 在網路上拍了一段介紹所謂 CMOS 感光元件在拍攝快速移動物體時,會產生什麼樣的畫面。如果我們把智慧手機的相機取下,再將鏡頭移除,就會看到智慧手機使用的 CMOS 感光元件 (下右圖)。

© 由 T客邦 提供   © 由 T客邦 提供

當你利用智慧手機拍攝照片的時候,你可能會以為 CMOS 會讓整個感光元件同時曝光,就像一般相機拍照時一樣?事實上並非如此。

和一般相機的感光元件不同,CMOS 是垂直「掃描」的方式感光,這也就是手機拍照和錄影時,相機的運作模式。正因為 CMOS 是垂直的掃描方式感光,因此在拍攝迅速移動的物體時,會有些微的時間差。這也就是為什麼在拍像是飛機螺旋槳快速移動時,會在影片中看到螺旋槳彎曲的原因。

簡單用影印機來模擬一下 CMOS 掃描的過程:

  • 如果我們順著影印機列印的方向讓掃描物體移動,印出來的畫面會向左右兩側擴展。
  • 若和影印機列印方向逆向,印出來的圖案將會向中間縮窄。

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因為 CMOS 感光元件會是垂直掃描的,因此,當我們在快速移動時,如果朝車外的欄杆拍攝或錄影,就會感覺欄杆看起來是斜的,這就是所謂的「果凍效應」(Rolling Shutter)。

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 為了讓大家更清楚瞭解 CMOS 感光元件造成的 Rolling Shutter 果凍效應,有網友做出了以下的比較圖,告訴大家這樣的掃描感光模式在極慢的每秒刷新率下,會是什麼樣子。

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除了快速旋轉或移動的物體可以發現果凍效應的影響,其實在快速震動的琴弦上也能發現,網友用 20,000/fps 和 28,000/fps 的慢速播放也在影像中看到了類似的畫面產生。

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其實果凍效應雖然是由於 CMOS 感光元件所造成的一種特殊現象,會極度扭曲鏡頭裡的物體,變得很不真實,但這類的照片其實還是會帶給人一種特殊的療癒感。

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以下是原介紹影片

參考網站:SmarterEveryDay

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