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高速摄像拍摄时要懂的基本常识

内容来源:高速相机 2017-04-14 14:24:50

一开始我们首选了解一下高速摄像拍摄(高帧率)下的全局快门、滚动快门、快门角度和曝光的基础知识:

1.机械快门

在胶片摄影机中,快门是一个机械旋转镜。每次曝光它会旋转360度,它在特定的时间量里,交替的覆盖、打开胶片门。快门的RPM是机械固定的并由帧速率决定,且曝光时间由快门角度来确定。

2.全局快门

全局快门不同于滚动快门,一个完整的曝光结束时,光一次性被完全阻止,接着数据被读取并为下一个曝光做重置。

全局快门保持垂直线或物体通过画面水平移动。然而,运动的感觉是明显不同的。根据全局快门的实现方式,和滚动快门相比,光和可能的动态范围只会消耗一点。

3.滚动快门

许多数字摄像机的电子快门设有滚动快门,在重置准备下一个画面曝光之前,其中的数据从传感器顶部到底部逐列被读出。

滚动快门表现为一个明显歪斜并会成为垂直线的图像中,如果有摄影机或拍摄对象跨过帧快速移动。如果传感器读出速度特别慢且画面中有快动作,会产生不需要的动态叠影使整个图像变形。大多数的滚动快门速度非常快,最大限度地减少了潜在的问题。RED和Arri很多摄影机都有滚动快门,这比全局快门的更赋电影感。

即使是高帧率摄影机,如Phantom数字电影摄影机采用滚动快门,但读出时间只有1毫秒。

4.快门角度

快门角度是指旋转机械快门的实际开口物理角度。开口的角度决定了曝光的快门转动的持续时间。机械快门的大部分都没有在数字电影摄影机中。

快门角度能控制动态模糊。曝光时间越长,动态模糊越多,曝光时间越短,运动物体会表现的更清晰。

曝光时间(1/ X秒)=帧速率×(360/快门角度)。

例如,180度快门,24fps帧率(180度是标准的):180度:24×(360/180)= 1 /48秒

下面是24fps帧率下,快门角度高达220度的计算:

15 degrees = 1/576 sec

20 degrees = 1/432 sec

40 degrees = 1/216 sec

60 degrees = 1/144 sec

80 degrees = 1/108 sec

100 degrees = 1/86 sec

120 degrees = 1/72 sec

140 degrees = 1/62 sec

160 degrees = 1/54 sec

180 degrees = 1/48 sec

200 degrees = 1/43 sec

220 degrees = 1/39 sec

快门角度的变化影响着曝光时间,并且需要光圈的变化来补偿,以维持正确的曝光。

当然,光圈的变化会影响景深。因此,如果景深需要保持不变,唯一能做的就是添加ND滤镜(如果减少光来补偿曝光时间),或增加场景的实际光照(如果给较短的曝光时间做补偿)。

 

如果以180度为基准(正常)的角度为"全面曝光",那么下面的补偿表则是合适的:

快门角度               F-STOP/ T补偿

 

197-200                    Close 1/4

166-196                    Full Exposure

148-165                    Open 1/4

135-147                    Open 1/3

121-134                    Open 1/2

111-120                    Open 2/3

99-110                      Open 3/4

83-98                        Open 1

74-82                        Open 1 1/4

68-73                        Open 1 1/3

61-67                        Open 1 1/2

56-60                        Open 1 2/3

50-55                        Open 1 3/4

42-49                        Open 2

37-41                        Open 2 1/4

34-36                        Open 2 1/3

31-33                        Open 2 1/2

28-30                        Open 2 2/3

25-27                        Open 2 3/4

22.5-24                     Open 3

5.高帧率

在数字电影时代,我们的摄影机比以往任何时候都有高帧速率的需求。这在过去是一个特殊的要求,但在现在是一个期望的需求。

捕捉海浪细节,流体流动或简单的平稳慢动作已不再是鞭长莫及。许多摄影机,现在都可以拍,帧率至少都是60fps的。而就我们目前主流常用的摄影机中,RED、ARRI很多摄影机和SONY FS7摄影机在2K (或全高清)拍摄时高速都可达到180fps以上。

注意:高帧速率对曝光(及光的要求)的影响

对于任何摄影机来说,无论传感器怎样,无论制造商对于曝光和帧率的制定规则是否是真实的,这都是纯粹的数学运算。每次应用双倍帧速率时,每一帧画面曝光时间都会减半,照到传感器的光量也减半。

举一个例子,假设180度的"标准"的快门角度。每秒24帧,一个180度的快门提供的曝光时间为1 /48秒。如果帧率为48fps,用相同的快门角度,曝光时间减半为1/96秒。只有在48fps时,会损失一整档光。

推断一下,用25fps而不是24fps的帧率为出发点,因为它会大量产生出整数:

25fps@ 180deg = 1/50秒

50fps@ 180deg = 1/100秒(损失1档)

100FPS @ 180deg = 1/200秒(损失2档)

200fps @ 180deg = 1/400秒(损失3档)

400fps @ 180deg = 1 /800秒(损失4档)

当然,帧速率可以是在这些数字之间。你可以看到每一次损失一档光,我们加倍的帧速率。一整档光的损失不是小数量的。每损失一档,光就会减半。

损失1档= 1/2的光

损失2档= 1/4的光

损失3档= 1/8的光

损失4档= 1/16的光

正常帧速率的快门角度的变化影响着曝光时间,并且需要光圈或灯光来进行补偿,高帧频则需要更多补偿。

这意味着如果你有足够的光线正确的曝光,25fps下不想影响景深(打开光圈),你必须有两倍的光照来照亮场景或拍摄对象,以获得50fps下正确的曝光。必须要有四倍的光照,以达到100FPS下的正确曝光。这只是每次加倍,所以要达到200fps下的正确曝光,场景需要8倍的光量,并是在正常25fps的帧速率下。

太阳给了我们充足的光线,所以在外面的日光下,拍摄高帧速率时,补偿曝光时间的问题要少得多。

但是在室内的人工照明,每次给帧速率加倍时,必须小心调动灯光。这是正常的。

6.基础感光

说到高帧速率,较高的"原生"基础ISO或曝光指数(EI)总是有好处的,比较摄影机时要记住这一点。每个传感器都是不同的,每个摄影机捕捉高帧率的表现都不同。

如果一个特定的摄影机在高帧率下给出的图像较亮,要不是因为传感器具有更高的基础ISO,要不就是在躁讯可接受的情况下,基础ISO可提高。

传感器的基础感光由很多东西决定,其中最简单的是感光单元的规格尺寸,以及传感器上的感光单元数目。如果提高分辨率(或感光单元的数目),并保持传感器尺寸不变,则感光单元变得越来越小,一般基础感光也降低。基础感光之间的空间数量,以及每个感光上的电路所需空间量,都是决定因素。

7.灯光

光线充足时传感器的性能会表现的最佳,而每帧画面曝光时间很短时(如提高帧率),唯一的解决办法就是增加更多的光。

学会了这些,大多数的高速摄像时所遇到的问题都能迎刃而解了。

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