什么是快門

全局曝光和卷簾曝光是常見的相機(jī)曝光方式。一般來說，CCD相機(jī)是全局曝光，而CMOS相機(jī)則存在卷簾曝光。那么，這兩種方式孰優(yōu)孰劣呢？或者說，他們兩者的差別在哪里呢？那么，先從兩者的定義說起。

快門是照相機(jī)用來控制感光片有效曝光時長的組件，是照相機(jī)的重要組成部分，快門的結(jié)構(gòu)/形式及功能是決定照相機(jī)檔次的一個重要因素。通常來說，快門的時間范圍越大越好。秒數(shù)低的適合拍攝運動的物體。當(dāng)我們拍攝夜晚的車水馬龍，燈繪光繪的時候，快門時間就要拉長。同理，照片中常見的絲綢般的流水也是選擇慢速快門才能夠拍攝出來。

卷簾快門與全局快門

卷簾快門，通常用于CMOS傳感器逐行曝光的方式實現(xiàn)的。在曝光開始的時候，傳感器逐行掃描逐行進(jìn)行曝光，直至所有像素點都被曝光。所有的動作都在極短的時間內(nèi)完成。不同行像元的曝光時間不同。

全局快門通過整幅場景在同一時間曝光實現(xiàn)的。傳感器（Sensor）所有像素點同時收集光線，同時曝光。在曝光開始的時候，傳感器開始收集光線。在曝光結(jié)束的時候，光線收集電路被切斷。然后傳感器讀出為一幅照片。CCD就是使用全局快門工作方式，所有像元同時曝光。

對于相機(jī)廠家來說，卷簾快門可以達(dá)到更高的幀速，但當(dāng)曝光錯誤或物體移動較快時，卷簾快門記錄到的和我們?nèi)搜鬯吹降木陀兴睢?/p>

一般來說，CCD傳感器多用全局快門，CMOS傳感器多用卷簾快門。廠商為傳感器選擇某一種快門速度需要考慮多種因素，如：處理速度，電池消耗，制造成本及整體復(fù)雜性等問題。所以說，對于靜態(tài)拍照來說不是問題，但是在拍攝視頻時選擇哪一種快門就很重要了，特別是拍高速運動的物體時。

為何會出現(xiàn)這種現(xiàn)象

對于多數(shù)相機(jī)來說，快門的“卷簾”速度是1/30秒，大部分物體的運動變化不是很明顯。但當(dāng)我們拍攝高速運動物體時，如飛機(jī)的螺旋槳，“拍攝效果”會非常的明顯。

但拍攝高速物體并不是唯一會出現(xiàn)的問題。但我們坐在高速行駛的汽車中，通過窗戶對外拍攝，也會出現(xiàn)卷簾快門效果。下面我們就模擬了一塊10X10傳感器的效果。

這也就解釋了，我們坐在高鐵上拍攝外面的樹為什么會有一點斜。

有趣的效果

其實卷簾快門并不是一種“缺點”。雖然大多數(shù)情況下我們并不希望看到“卷簾效應(yīng)”，不過我們還是可以利用它拍攝到一些有趣的畫面。

全局曝光

全局曝光的方式比較簡單。也就是說光圈打開后，整個圖像芯片同時曝光。因此，曝光時間與機(jī)械的開關(guān)速度有關(guān)。既然與機(jī)械運動相關(guān)，所以，存在理論上的最小曝光時間

優(yōu)點：所有像素點同時曝光

缺點：曝光時間存在局限，存在機(jī)械極限的最小曝光時間

卷簾曝光

顧名思義，卷簾曝光的方式可能與卷簾的概念相關(guān)。此種曝光方式是當(dāng)光圈打開后，還存在具有一定間隔的卷簾來控制傳感器的曝光時間。注意，如下圖所示，卷簾的方式是從左到右的。因此，曝光時間的長短完全取決于卷簾的開口大小與卷簾的運動速度。也就是說，卷簾運動得越快，卷簾間距越小，其傳感器的曝光時間越小。因此，卷簾曝光方式能夠具有更小的曝光時間。

其卷簾運動的方式由下圖所示：卷簾在運動時，其卷簾開口的傳感器來能接受光。

卷簾移動過程中的某個位置

卷簾在移動過程中的后一個位置

優(yōu)點：具有更小的曝光時間

缺點：逐行曝光，存在拖影，不適合拍攝運動物體

拖影分析

專業(yè)描述：拖影是在曝光的時候，拍攝目標(biāo)與攝像系統(tǒng)之間存在相對運動形成的，因為這種 相對運動導(dǎo)致芯片上形成的圖像一直在變化，各個部位的像元在曝光的過程中受到來自物體不同位置成像的影響，最終形成的圖片是一個連續(xù)變化圖像空間內(nèi)圖片的疊加。

關(guān)于曝光時間的問題，其實就是相機(jī)采集圖像過程包括的兩個部分，第一部分是曝光(exposure)，第二部分是曝光完成后，從傳感器的寄存器中讀出數(shù)據(jù)并傳送出去(Readout)。當(dāng)相機(jī)正在1號點位置拍攝快速運動物體A時，如果相機(jī)的曝光時間過長（即采集1號點圖像的時間過長），此時物體A卻已發(fā)生了位移，因此采集所得圖像并非完全是1號點處的圖像，此時采集到的圖像是在運動過程中采集得到(稍稍偏離1號點圖像與1號點圖像的疊加)，由此產(chǎn)生拖影。

曝光時間越長，拍攝速度越慢，但是曝光時間越短，進(jìn)光量就會變少，此時則需調(diào)大光圈，增加光照，才能保證圖像的亮度。所以，對于拍攝運動物體，曝光時間需設(shè)置合理，不能因圖像亮度效果需要就盲目將曝光時間設(shè)置過大，否則容易產(chǎn)生拖影，對于由曝光時間小而產(chǎn)生的圖像亮度不佳，此時應(yīng)通過調(diào)大光圈和增加光照來進(jìn)行調(diào)整。

逐行曝光

逐行曝光sensor 實現(xiàn)如圖逐行曝光模式所示。與全局曝光不同，逐行曝光從第一行開始曝光，一個行周期之后第二行才開始曝光。依次類推，經(jīng)過N-1 行后第N 行開始曝光。第一行曝光結(jié)束后開始讀出數(shù)據(jù)，讀出一行需要一行周期時間（含行消隱時間）。至第一行完全讀出后，第二行剛好開始讀出，依次類推，當(dāng)?shù)贜-1 行讀完后，第N 行開始讀出，直到整幅圖像完全讀出。逐行曝光的sensor 技術(shù)難度較全局曝光sensor 低，價格便宜，且分辨率較大，對于一些靜態(tài)圖像拍攝是不錯的選擇。

全局曝光

全局曝光 sensor實現(xiàn)如圖所示， Sensor的所有行同時開始曝光，并同時結(jié)束曝光，在曝光結(jié)束后，Sensor將所有電子從感光區(qū)轉(zhuǎn)到存儲區(qū)，之后逐行地讀出像素數(shù)據(jù)。這樣曝光的好處是獲得圖像每一行的曝光時間比較一致，并且在拍攝運動物體時圖像不會出現(xiàn)偏移和歪斜。