Электронный и механический затворы

Затвор камеры регулирует выдержку, то есть длительность воздействия света на датчик для получения изображения. Время выдержки определяется скоростью затвора.

Все камеры Canon EOS оснащены механическим затвором, а некоторые, например EOS 90D и EOS-1D X Mark III, также электронным. Во всех беззеркальных камерах системы EOS R есть оба типа затвора. В этой статье мы рассмотрим отличия электронных затворов от механических, принципы их работы, а также преимущества и недостатки каждого из этих типов.

Механический затвор в современных цифровых зеркальных или беззеркальных камерах включает две шторки, каждая из которых состоит из нескольких лепестков. Они открываются, чтобы пропустить свет к датчику изображения, и через определенное время экспонирования закрываются. Именно две шторки нужны для того, чтобы экспозиция была равномерной. Если бы была только одна шторка, то часть датчика изображения, на которую свет попадал бы при открытии затвора в первую очередь, была бы доступна для света дольше, так как шторка закрывала бы ее потом в последнюю очередь, то есть экспозиция была бы неравномерной. Этот процесс можно сравнить с тем, как поднимаются и опускаются жалюзи на окне. На самом деле затвор устроен так, что в начале процесса передняя шторка закрыта, а задняя — открыта. Затем открывается передняя, запуская экспонирование, и по прошествии установленного времени выдержки закрывается задняя. Обе шторки перемещаются в одном направлении (например, сверху вниз), так что все части датчика подвергаются воздействию света в течение равного времени. Кроме того, использование двух шторок предполагает, что выдержка определяется временным промежутком между открытием первой и закрытием второй, и его можно точно задать.

В электронном затворе, в отличие от механического, нет движущихся частей. Данные об изображении поступают от датчика в течение заданного времени, которое может быть короче, чем позволил бы любой механизм. Однако проблема в том, что по техническим причинам, например из-за диапазона частот, данные датчика считываются не сразу, а постепенно, по строчке (или по несколько строчек) пикселей за раз. Это очень напоминает работу головки планшетного сканера, перемещающейся вниз. В результате «скорость затвора», определяющая время выдержки, может быть намного выше, чем скорость считывания данных, и с этим связаны потенциальные ограничения и проблемы.

У электронного затвора много достоинств, но одно из самых очевидных заключается в его скорости (то есть в более короткой выдержке). Например, в камере EOS R3 самая высокая скорость механического затвора составляет 1/8000 сек., а электронного — 1/64 000 сек. Благодаря этому с электронным затвором можно снять более быстрые действия, запечатлеть моменты, которые длятся долю секунды.

Также электронные затворы позволяют увеличить максимальное количество кадров в секунду во время серийной съемки. К примеру, если брать камеры EOS R5 и EOS R6, оно составляет 12 кадров в секунду с механическим затвором и 20 кадров в секунду — с электронным. А в камере EOS R3 эта разница еще больше: 12 и 195 кадров в секунду*. 

Кроме того, поскольку у электронного затвора нет движущихся частей, он работает почти бесшумно. Это позволяет фотографам снимать в местах, где раньше такие возможности были ограничены. Так, на некоторых спортивных турнирах, в том числе по теннису, снукеру или гольфу, действуют строгие правила в отношении того, что шум от камер не должен отвлекать игроков в решающий момент. С электронным затвором это не проблема. Также бесшумный затвор подходит для съемки театральных представлений или концертов классической музыки: можно делать фото, не мешая зрителям. Есть и много других жанров фотосъемки, когда тихая работа камеры является преимуществом: съемка младенцев, свадебных церемоний, выступлений с речью и различных мероприятий.

Наконец, электронный затвор усиливает главное преимущество беззеркальной камеры по сравнению с зеркальной: отсутствие движение зеркала, из-за которого в момент съемки возникают вибрации. Так как в таком затворе нет движущихся частей, исключается даже малейшее сотрясение камеры, которое вызывает работа шторок.

Самая большая потенциальная проблема, связанная с электронными затворами, заключается в эффекте «роллинг-шаттер». Информация об изображении считывается с пикселей датчика слой за слоем, и бывает, что объект съемки перемещается слишком быстро по сравнению с тем временем, которое требуется на считывание всех данных. В результате окончательное изображение объекта съемки искажается. Приведем пример съемки скорого поезда. Когда он находится в середине кадра, может считываться верхняя строчка пикселей, а когда он уже приблизился к краю кадра — нижняя. Из-за этого изображение поезда будет казаться искаженным. Скорость затвора (точнее, время выдержки) одна и та же — 1/8000 сек., однако для каждого слоя изображения эта 1/8000 часть секунды немного различается.

Развитие технологии датчика изображения, например стопочная конструкция чипа CMOS с задней подсветкой в камере EOS R3, позволили значительно увеличить скорость считывания информации и сократить эффект «роллинг-шаттер». Еще одна новая разработка — глобальный затвор, или затвор полного покрытия, который позволяет считывать информацию со всего датчика сразу, а не построчно. Однако эта технология очень сложная. Кроме того, она вызывает дополнительные шумы на изображении, требует больших затрат и пока не может обеспечить высокое качество. В некоторых видеоприложениях она уже используется, но для съемки видео и фото, где ключевую роль играет качество изображения, не подходит.

Также при использовании электронного затвора могут возникнуть полосы из-за мерцающего света от некоторых источников, например люминесцентных или светодиодных ламп. Это происходит потому, что яркость цвета сцены в период считывания датчика меняется. Еще могут возникнуть сложности с синхронизацией электронного затвора и вспышки, так как большинство вспышек производят очень яркий, но очень кратковременный свет. Это значит, что интенсивность освещения не будет однородной во время считывания датчика. Однако те же проблемы при определенных обстоятельствах могут возникнуть и с механическими затворами. Поэтому последние технологии, примененные в камере EOS R3, включают обнаружение высокочастотного мерцания и синхронизацию вспышки при использовании электронного затвора со скоростью до 1/180 сек. (очень близкой к скорости механических затворов 1/200 сек.) и вспышек Canon Speedlite либо вспышек сторонних производителей.

Механические затворы служили фотографам долгие годы, и до сих пор у них есть ряд преимуществ перед электронными. Во-первых, хотя при высоких скоростях механического затвора экспонирование также выполняется «слоями» (см. иллюстрацию выше) и поэтому они также могут вызвать появление полос, неравномерную экспозицию и изменение цвета в условиях мерцающих источников света, все же эти эффекты значительно меньше, чем при использовании электронных затворов.

Во-вторых, механические затворы снижают искажения, вызванные эффектом «роллинг-шаттер», что считается одним из их основных преимуществ. Этот эффект может присутствовать, но заметен гораздо меньше, чем в случае электронного затвора на камере с относительно невысокой скоростью считывания датчика. 

Наконец, при использовании механического затвора выдержка синхронизации вспышки обычно короче, чем позволяют возможности электронного затвора. Однако в любом случае она редко превышает 1/250 сек., так как при более высоких скоростях механического затвора экспонирование выполняется через движущуюся щель, поэтому момента, когда весь кадр освещен вспышкой, не возникает.

Поскольку механический затвор состоит из частей, движущихся с заданной скоростью, максимальная скорость у него значительно ниже, чем у электронного. Отклик у него также не такой быстрый, что является проблемой, если скорость имеет большое значение. В результате всего этого вы не сможете запечатлеть с его помощью стремительно движущиеся объекты или моменты, длящиеся доли секунды, настолько же эффективно, как при использовании электронного затвора.

Кроме того, смещение шторок механического затвора производит шум, который в некоторых ситуациях может раздражать или создавать помехи, и иногда — небольшие вибрации, вызывающие сотрясение камеры. Особенно заметно это бывает, если вы снимаете с телеобъективом и относительно длительной выдержкой затвора.

Также стоит отметить, что физическая природа механических затворов означает, что со временем они изнашиваются.

Затвор с электронной передней шторкой (функция EFCS или EFSC) есть во многих последних моделях камер. Такой затвор совмещает характеристики механического и электронного. В модели EOS 40D, выпущенной в 2007 году, и более поздних камерах Canon с режимом Live View он включен по умолчанию в качестве режима бесшумной съемки LV. Когда функция EFCS активирована, механический затвор изначально полностью открыт. Таким образом, свет попадает на датчик изображения, и включается режим Live View. Когда вы снимаете, то сначала запускается электронное экспонирование, а заканчивается процесс закрытием механического затвора (второй шторки).

Это открывает ряд преимуществ. Хотя такая система не исключает шум полностью, его меньше, чем при использовании механического затвора. Работа электронного затвора в самом начале обеспечивает быстрый отклик камеры и предотвращает ее сотрясение (сотрясение камеры, вызываемое второй шторкой, не влияет на снимок, так как эта шторка завершает процесс). Кроме того, с EFCS скорость выдержки синхронизации вспышки выше, чем только с механическим или электронным затвором. Например, в камере EOS R3 она достигает1/250 сек.

Недостаток затвора с электронной передней шторкой заключается в том, что при мерцающем искусственном освещении он может вызвать появление полос. Однако обычно этот эффект меньше, чем при использовании стандартного электронного затвора. Также при более длительной выдержке боке на фото может казаться немного «беспорядочным». Наконец, поскольку в процессе задействована вторая механическая шторка, количество кадров в секунду остается тем же, что и при механическом затворе.

Электронный затвор стоит выбрать в том случае, если вам необходима очень быстрая серийная съемка и/или очень короткая выдержка. Также он подходит, когда нужно снимать тихо, так как его работа почти бесшумная. 

Если же вы проводите съемку при искусственном освещении или вам необходима вспышка, то с короткими выдержками лучше использовать механический затвор или затвор с электронной передней шторкой. Также на них рекомендуется переключиться, если электронный затвор вызывает на фото эффект «роллинг-шаттер».

Еще стоит отметить, что на всех цифровых зеркальных и беззеркальных камерах Canon EOS, кроме EOS R3, максимальная глубина цвета составляет 14 бит при использовании механического и 12 бит — при использовании электронного затвора. Это означает, что при съемке с электронным затвором в формате RAW диапазон цветов и тонов на сохраняемых фото немного меньше. К снимкам JPEG или HEIF это не относится, так как этим форматам изначально свойственна меньшая глубина цвета.

Как уже упоминалось, эти эффекты чаще возникают при использовании электронных затворов, но механические их также не исключают. Если вы просто переключитесь на механический затвор, как обычно рекомендуют, то проблема может остаться.

Хотя существует программное обеспечение для редактирования фото и видео, позволяющее в какой-то степени исправить искажение от эффекта «роллинг-шаттер», лучше минимизировать его уже на этапе съемки. Иногда проблема решается применением более короткой выдержки. А при видеосъемке также потребуется увеличить частоту кадров, чтобы камера быстрее сканировала датчик.

Эффект «роллинг-шаттер» выражен сильнее, если объект движется горизонтально, то есть перпендикулярно направлению считывания датчика. Это означает, что сократить искажение можно за счет изменения угла съемки таким образом, чтобы объект двигался под углом 45° или даже 90°.

Полосы на фото при съемке в условиях мерцающего света появляются из-за того, что в ходе сканирования датчика его яркость меняется. Фаза мерцания большинства источников искусственного света, в частности флуоресцентных и светодиодных ламп, соответствует сети переменного тока, поэтому решить проблему может корректировка выдержки до 1/50 сек. (1/60 сек. в США) или 1/100 сек. (1/125 сек. в США). Если эти настройки не помогут, поэкспериментируйте с выдержкой, чтобы подобрать вариант, подходящий для цикла мигания источника света. 

Если в камере есть функция обнаружения мерцания, включите ее. Она немного отсрочивает действие спуска затвора, чтобы избежать мерцания при экспонировании. Благодаря прогрессу в технологии датчика изображения Canon камера EOS R3 стала первой беззеркальной камерой EOS с функцией обнаружения высокочастотного мерцания при использовании электронного затвора. Эта функция позволяет исключить появление полос при съемке в условиях светодиодного освещения.

Электронный затвор есть в следующих камерах Canon:

EOS R3

EOS R5

EOS R6

EOS R7

EOS R10

EOS R

EOS RP

EOS-1D X Mark III

EOS 90D

EOS 850D

EOS M50 Mark II

PowerShot G7 X Mark III

* Настраиваемая высокоскоростная серийная съемка, которая позволяет выбирать частоту до 195 кадров/сек. для создания серий с ограничением в 50 кадров, доступна в камерах EOS R3 при обновлении встроенного ПО.