Настройки работы затвора камер FUJIFILM

podakuni — 25.04.2018

Работа затвора — это один из важнейших параметров, которым управляет фотограф, чтобы запечатлеть мгновение. С появлением электронных затворов у беззеркальных камер в меню настроек образовалось много дополнительных опций и люди стали часто задавать вопросы что там к чему и зачем. В этой статье я бы хотел подробно описать принципы работы затворов фотоаппаратов, чтобы понять какие настройки для чего нужны и какие ограничения возникают при работе с теми или иными типами затворов.

Итак, для начала надо немного разобраться с теорией. Затвор — это устройство, которое ограничивает доступ света к матрице (или к плёнке, но сейчас мы эту технику рассматривать не будем). Затворы бывают "механические" (если правильно говорить, то всё же "электромеханические", ибо время чистой механики уже прошло, но для простоты сокращают до "механических"), "электронные" и всевозможные "комбинированные", в разной степени сочетающие в себе принципы механического и электронного затворов.

1. Механический затвор

Чаще всего на современных камерах применяется механический фокальный затвор, который стоит прямо перед матрицей. Бывает ещё центральный затвор, который, как правило, расположен в объективе, но мы про него сегодня говорить не будем, потому что сейчас он встречается довольно редко и как правило в среднеформатных системах (например, в компактных камерах центральный затвор встречается только в фотоаппаратах серии X100 от FUJIFILM, насколько мне известно).

Если сильно упрощать, то, по сути, фокальный затвор представляет собой две шторки. Одна отрывает доступ к матрице, а вторая, соотвественно, закрывает. Ну, а если немного позанудствовать, то правильнее было бы называть эту конструкцию так: электронноуправляемый фокальный затвор шторно-щелевого типа с вертикальным ходом шторок. Но мы же не зануды, верно?..

Если говорить про зеркальные камеры, то там матрица не задействована в момент построения кадра, с визированием нам помогает система зеркал и призма. Поэтому, в то время, когда мы прицеливаемся и строим кадр, у зеркальных фотоаппаратов затвор закрыт и готов к съёмке. Когда нажимается кнопка спуска, то зеркало поднимается, затвор открывается (первая шторка сдвигается, открывая доступ света к матрице). А по достижении нужной выдержки затвор закрывается (опускается вторая шторка, закрывая матрицу). Вот на этом видео хорошо видно как работает вся эта система:



Но, поскольку мы говорим про беззеркальные камеры, то тут у нас всё несколько иначе. В момент, когда мы строим кадр, матрица задействована, она работает — с неё считывается сигнал и отправляется на экран или в электронный видоискатель. Соотвественно, затвор должен быть постоянно открыт. В момент, когда нажимается кнопка спуска, затвор на беззеркальной камере сначала закрывается, а дальше уже процесс идёт точно так же, как было описано выше: первая шторка открывает доступ света к матрице, а вторая закрывает. Вот тут можно посмотреть как это происходит на примере работы затвора FUJIFILM X-Pro1 (на самом деле, модель камеры не так важна, у других беззеркальных фотоаппаратов всё работает принципиально так же):



Механический затвор хорошо знаком по плёночным фотоаппаратам, это отлаженная в технологическом плане конструкция. С ней понятно как работать. Однако, такой затвор имеет ряд ограничений. И самые неприятные из них это:

• скорость работы всего узла определяется скоростью движения шторок
  
• невозможность установления очень коротких выдержек
  
• колебания, которые вносят в систему движущиеся детали затвора
  
• затвор при работе издаёт громкий звук

С первым всё довольно понятно: движущиеся детали не могут перемещаться быстрее некоего предела по скорости, иначе они банально разрушатся при ускорении или при торможении. Однако, дело не только в прочности узла. Ещё важно, что затвор тратит время не только на экспонирование кадра, что само по себе очевидно, но и на "сервисные" открытия и закрытия шторок. Что тут имеется в виду? Поясню. Помните, что у беззеркалок затвор во время построения кадра открыт. Значит, чтобы сделать кадр, сначала надо этот затвор закрыть, а на это тратится время. У большинства камер на движение шторок приходится примерно от 1/60 до 1/250 секунды (так называемое "время синхронизации", у X-H1 оно составляет 1/250 секунды). Если смотреть очень-очень упрощённо, то для кадра, ну, допустим, с выдержкой 1/1000 камере нужно будет потратить 1/250 на закрытие затвора, потом первая шторка пробежит за 1/250 вниз и за ней с задержкой в 1/1000 закроется вторая шторка, а ещё 1/250 потребуется на возвращение затвора в исходное положение. То есть, в идеальных условиях для кадра с выдержкой 1/1000 секунды механизмом затвора будет потрачено: 1/250 + 1/250 + 1/1000 + 1/250 = 13/1000 (примерно 1/77 секунды), в течении всего этого времени камера будет занята, сделать ещё один снимок не получится. Это, напомню, идеальный случай. В реальности же всё будет несколько иначе, на всякие дополнительные движения потратится ещё больше времени. Исходя из этого, можно понять, что скорость серийной съёмки с механическим затвором будет пусть и довольно большая, но всё же ограниченная самим процессом.

В принципе, новые сверхлёгкие и сверхпрочные материалы могли бы помочь в первом случае и скорость движения шторок можно увеличить. Однако, на самом деле, прочность узла — это не единственный предел, который мешает и дальше развивать механизм затвора. Вот тут-то и стоит рассказать про второе ограничение, которое на деле оказывается намного более неприятным, чем первое. Дело в том, что если выдержка будет довольно длинной, то затвор отработает её так: полностью открывается первая шторка —> свет падает на всю поверхность матрицы —> достигается необходимая выдержка —> закрывается вторая шторка, прерывая световой поток. Но если требуется установить более короткие выдержки, то затвор начинает работать иначе: открывается первая шторка, обеспечивая попадание света на матрицу —> ещё только часть матрицы открыта, но короткая выдержка уже достигнута —> вторая шторка начинает закрываться когда первая полностью не открылась. То есть, по факту, на коротких выдержках затвор открывает не всю матрицу, а только её часть — щель "пробегает" вдоль сеносра, экспонируя кадр. Чем уже щель, тем меньше света попадает на матрицу и тем более короткую выдержку обеспечивает затвор. Вот примерно так это выглядит:



Но вот незадача: если щель будет совсем-совсем тонкой, то тут, помимо проблем с точной синхронизацией движения самих шторок, возникает ещё и эффект дифракции, заметно ухудшающий качество получаемого изображения. Именно поэтому, на большинстве фотоаппаратов самая короткая выдержка с механическим затвором составляет как правило 1/8000 секунды. Что означает, что вторая шторка начинает двигаться вслед за первой с разницей в 1/8000 секунды.

Кстати, из-за шторно-щелевого принципа работы механического затвора возникают определённые проблемы при съёмке со вспышками. Дело в том, что большинство вспышек имеют довольно короткую длину импульса. То есть, говоря простым языком — лампа вспышки светит очень ярко, но непродолжительное время. Как правило импульс длится от 1/800 и до 1/40000 секунды в зависимости от мощности. Если выдержка довольно длинная, то затвор открывает матрицу целиком, и тогда короткий импульс вспышки экспонируется на всей площади сенсора. Но если захочется использовать более короткую выдержку, то она уже будет определяться, как мы помним, движением щели затвора вдоль матрицы. И свет от кроткого импульса вспышки проэкспонирует только небольшой участок сенсора. Стало быть, не весь кадр будет освещён, а только его часть. Поэтому, при съёмке со вспышками на камерах вводятся ограничения на короткие выдержки: при включённой вспышке вы просто не сможете воспользоваться величинами выдержек, при которых отрыта не вся матрица. Это ограничение можно обойти, если использовать вспышки, у которых есть режим "высокоскоростной синхронизации". При нём импульс слабее по мощности, но длится по времени столько, сколько необходимо для экспонирования всего кадра пробегающей щелью затвора.

Третий момент — сотрясение затвора при работе, так называемый shutter shock. Какими бы лёгкими не были шторки затвора, но они всё равно имеют вес и при движении они разгоняются и тормозят, вызывая колебания системы. Если на коротких выдержках мелкие колебания не так мешают процессу фотографирования, то на умеренно длинных выдержках эти сотрясения уже приводят к микросмазу и, как следствие, к падению качества получаемого изображения. И, кстати, чем больше мегапиксельность камеры, тем больше это будет заметно. Над гашением колебаний работают инженеры, но тут надо понимать, что законов физики им не отменить. Вот тут, кстати, в этом замедленном видео, очень хорошо можно наблюдать колебания шторок затвора:



Ну, и наконец — механический затвор издаёт шум при работе. Тот самый "чик-трак", который мы слышим при съёмке. В зеркальном фотоаппарате сюда ещё добавляется хлопание зеркала. Но и беззрекальные фотоаппараты с механическим затвором отнюдь не беззвучны. Не во всех съёмках это допустимо. Например, в театре или при съёмке дикой природы, звуки работы механического затвора могут довольно сильно мешать.

Итак, если резюмировать, то механический затвор имеет неоспоримые плюсы:

• его конструкция понятна, она хорошо отработана за долгие годы
  
• доступен большой диапазон выдержек (теоретически от бесконечности и до 1/8000 секунды)

Минусы тоже есть:

• невозможность использования очень коротких выдержек
  
• shutter shock
  
• звуки при работе
  
• износ механизма

2. Электронный завтор

При использовании электронного затвора матрица не закрывается никаким шторками, она всегда остаётся открытой. Просто при нажатии кнопки спуска обнуляется заряд на светочувствительных элементах, начинается запись сигнала, а затем, через указанное время, он считывается. Если говорить ещё более просто — матрица включается на регистрацию света и по окончании выдержки выключается. Электронным затвором снабжаются все смартфоны, например. С недавних пор такой тип затвора стал довольно часто применяться и на больших беззеркальных фотоаппаратах.

Преимущества электронного затвора:

• может обеспечивать очень короткие выдержки (до 1/32000 для камер X-серии FUJIFILM)
  
• он абсолютно бесшумен
  
• нет даже самого малого сотрясения аппарата от движения частей затвора
  
• не расходует ресурс механического затвора, поскольку шторки не работают
  
• он компактен, у него нет движущихся деталей

Разумеется, как и у любого другого инструмента, у электронного затвора есть и недостатки. Наиболее неприятные из их это:

• эффект rolling shutter
  
• возникновение полос при съёмке с мигающими источниками света
  
• невозможность работы со вспышками

Итак, первое. При съёмке быстродвижущихся объектов могут возникать искажения, известные как rolling shutter. Нормального русскоязычного перевода этого термина нет, поэтому его либо пишут по-английски, либо по-русски транслитерацией — "роллинг шаттер". Эффект rolling shutter вызван тем, что во время работы пиксели матрицы считываются не все сразу, а последовательно: за время, проходящее с момента считывания первого ряда до момента считывания последнего ряда, быстродвижущийся объект успевает сместиться. В результате, например, может получиться машина с овальными колёсами или странно деформированный человек. Более подробно об этом эффекте можно почитать в Википедии: статья про rolling shutter. В результате короткие выдержки электронного затвора могут быть полезны, например, для съёмки с открытой диафрагмой при ярком солнце, но не помогут при съёмке спорта или других сюжетов с быстрым движением.

Решением проблемы rolling shutter может стать так называемый global shutter, "глобальный затвор". Это такая разновидность электронного затвора, в которой данные с матрицы считываются не построчно, а одномоментно. Сложность реализации глобального затвора в том, что сейчас поток данных с матриц такой большой, что требуется дорогостоящие решения, позволяющие считывать их за один присест. Поэтому пока глобальный затвор используется только в тех системах, где он жизненно необходим и где цена оборудования не является таким уж критически важным фактором. Например, наибольшее распространение глобальный затвор пока имеет в цифровых кинокамерах — rolling shutter там недопустим, а высокая цена решения не так заметна на фоне общего бюджета кинофильма.

Второе. Импульсные и мигающие источники света (фотовспышки, молнии, мониторы компьютеров, мерцающие лампы дневного света и так далее) могут оставлять полосы на кадре. То есть, одна часть изображения оказывается значительно слабее освещённой, чем другая. Граница между этими двумя частями обычно получается очень резкой. Эффект возникает по той же самой причине, что и rolling shutter. Его объяснение и пример кадра можно посмотреть по вышеуказанной ссылке в Википедии. Из-за этого эффекта с электронным затвором нельзя использовать вспышки (пункт "Вспышки" в меню блокируется при выборе электронного затвора) и не стоит снимать в студии. Кстати, эффект возникает не всегда — на относительно длинных выдержках его обычно нет.

Резюмируя — электронный затвор довольно интересное решение, но пока, в силу технологических ограничений, применимое либо в тех случаях, когда требуется очень короткая выдержка, либо там, где недопустим звук, сопровождающий работу механизмов фотоаппарата.

3. Гибридный

И вот наконец-то мы добрались до гибридов, в которых пытаются соединить плюсы первых двух типов затвора и избежать их минусов. В этой части поговорим про затвор с "электронной передней шторкой" (Electronic Front Curtain Shutter). При использовании функции электронной передней шторки затвора механическая передняя шторка не применяется. Вместо неё запускается электронное экспонирование датчика изображения (как при электронном затворе), которое завершается механическим закрытием задней шторки затвора. То есть, получается наполовину электронный, наполовину механический затвор. Что это нам даёт? А вот что:

• беззеркальная камера не тратит время на закрытие затвора перед съёмкой
  
• при экспонировании нет сотрясений системы от движения шторок
  
• звук работы затвора уменьшается (двигается только одна шторка из двух)

Первые два момента... Да и третий, чего уж там! Всё перечисленное полезно для репортажной работы, где важна скорость и чёткость. И более тихая работа лишней не будет. А особенно важно отсутствие shutter shock в сочетании со стабилизацией матрицы, которая применяется в FUJIFILM X-H1. Потому что там прикладывается максимум усилий для того, чтобы на систему не воздействовали ненужные колебания — ведь на стабилизированную матрицу их влияние будет куда более заметным, чем на жёстко закреплённую!

Есть несколько нюансов затвора с электронной передней шторкой. Во-первых, при съёмке с высокой скоростью затвора (как правило, с выдержкой короче 1/2000 секунды) и с сильно открытой диафрагмой на изображении может появится смазанная область. Не обязательно будет, но может. Во-вторых, точно так же, при съемке с короткой выдержкой (короче 1/2000 секунды) в зависимости от условий съёмки яркость изображения может быть неравномерной. Увы, это издержки "комбинированности" — режим затвора с электронной передней шторкой, пусть и в меньшей степени, но наследует "болячки" электронного затвора. И в-третьих, если объектив изготовлен другим производителем, то при съёмке с затвором с первой электронной шторкой скорее всего не удастся установить правильную экспозицию или яркость изображения опять же будет неравномерной. Во всех подобных случаях нужно переходить на другой тип затвора, например, на механический.

Итак, теперь, когда мы разобрались с теорией, можно уже заняться объяснением работы режимов затвора на примере камеры FUJIFILM X-H1. Там их несколько, можно выбрать из следующего списка:

• Механический (MS). По умолчанию выдержка от 30 секунд и до 1/8000 секунды, но в режимах приоритета выдержки (S) и мануальном (M) выдержка может быть установлена от 15 минут до 1/8000 секунды, а в режиме bulb (B) максимальная выдержка может достигать 60 минут. Старая добрая механика! Использование рекомендуется в большинстве случаев, особенно когда не критичен звук затвора, когда не нужны очень короткие выдержки и когда не стоит задача чётко стабилизировать изображение. Ещё на этот тип затвора надо обязательно переключаться если предстоит съёмка со вспышкой или в студии.


• Электронный (ES). По умолчанию от 30 секунд и до 1/32000 секунды, и тоже в режимах S и M может быть от 15 минут и до 1/32000 секунды. Режим абсолютно беззвучный и позволяет использовать очень короткие выдержки. Но, увы, подвержен rolling shutter и появлению полос при съёмке с мерцающим светом... Поэтому данный тип затвора рекомендуется использовать только в тех случаях, когда нужна полная тишина или когда требуются очень короткие выдержки. При этом крайне желательно не снимать динамичные сцены и избегать мерцающего освещения (его дают, например, лампы дневного света). Также, этот режим затвора используется в тех ситуациях, когда требуется выжать максимум из систем стабилизации изображения, например, при съёмке на сверхдлинных выдержках с рук, без штатива или при серийной съёмке с длинными выдержками. Кстати, именно в этом режиме достигается максимальная скорострельность камеры — до 14 кадров в секунду!


• С электронной передней шторкой (EF). Выдержка от 30 секунд и до 1/8000 секунды, но в режимах S и M может быть от 15 минут до 1/8000 секунды. Этот тип затвора может быть использован в съёмке, когда надо сократить время между нажатием на кнопку спуска и получением снимка. Ещё этот режим можно устанавливать тогда, когда требуется хорошо стабилизированное изображение одиночных снимков. По сути, это идеальный репортажный режим работы затвора: быстрый, тихий, с хорошей стабилизацией. Единственное, что стоит учитывать, это то, что максимальное качество снимков в этом режиме достигается при выдержках до 1/2000 секунды, поэтому с этим типом затвора не рекомендуется снимать на очень коротких выдержках. Впрочем, для большинства репортажных сюжетов 1/2000 секунды более чем достаточно.


• Механический + Электронный (M + E). В этом случае от 30 секунд и до 1/8000 камера будет снимать при помощи механического затвора, а на выдержках короче 1/8000 секунды в дело вступает электронный затвор, вплоть до 1/32000 секунды. То есть, электронный затвор работает только тогда, когда механический уже не справляется по скорости. Очень удобная комбинация для съёмки светосильной оптикой с открытой диафрагмой. Особенно актуально в сочетании с режимами расширения динамического диапазона, которые у камер FUJIFILM требуют более высоких значений ISO. То есть, это идеальный режим для съёмки светосильными фиксами с открытой диафрагмой и максимальным расширением динамического диапазона, при этом спокойно можно снимать и днём, камера отлично справляется с такими сюжетами на этой комбинации режимов затвора.


• С электронной передней шторкой + Механический (EF + M). Тут от 30 секунд (или 15 минут в S и M) до 1/2000 будет работать затвор с электронной передней шторкой, а после 1/2000 и до 1/8000 — в дело вступит механический затвор. Удобный режим для репортажной фотографии. На наиболее востребованных выдержках (до 1/2000) будет работать более тихий, более резвый и менее вибронагруженный затвор с электронной передней шторкой, а на более коротких выдержках в дело вступит механический затвор.


• С электронной передней шторкой + Механический + Электронный (EF + M + E). От 30 секунд (или 15 минут в S и M) и до 1/2000 камера будет снимать с затвором с электронной передней шторкой, после 1/2000 и до 1/8000 будет работать механический затвор, а на выдержках, короче 1/8000 и до 1/32000 в деле будет электронный затвор. Комбо! Всё и сразу. Пожалуй, для X-H1 это наиболее интересный режим.

Во всех комбинированных режимах (вроде "EF + M + E") переключение на тот или иной тип затвора будет происходить автоматически, исходя из необходимой выдержки при экспонировании кадра.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Архив