电子快门为何会导致果冻现象？

Ringcao

随着影像拍摄以及Vlog大行其道，不论是单反还是无反（微单）相机，“即时显示拍摄”（Live View Shooting） 都成了标准的功能。“即时显示拍摄”是指直接用肉眼观察LCD 液晶显示屏取景的拍摄方法。从技术层面上讲，Live View Shooting加快了“电子快门”的普及。当然，“电子快门”也诞生有一些年代了，早前卡片型的数码相机、GoPro、手机等没有机械快门的小型影像器材都使用“电子快门”来控制曝光。

那有人会问，为什么新一代的相机都内建了“电子快门”，但部分机器还保留“机械快门”呢？道理很简单，技术的迭代也不是完全把老技术拍死，机械快门也有它适合的用户。

现在的相机快门大致分为三类：“机械快门”（Mechanical Shutter）、“电子快门”（Electronic Shutter） 及“电子前帘快门”（Electronic Front Curtain Shutter）。

老摄友对机械快门都不会陌生，单反相机全都通过机械快门帘的开合来控制曝光。由于是物理式的开关，因此会出现响亮的“咔嚓”声。大部分的机械快门由前帘和后帘所组成。快门被按下那一刻，前帘会瞬间向下移动，光线直抵感光元件（CMOS），进入曝光状态。 曝光时间结束后，快门后帘会向上移动封闭感光元件，阻止光线进入。

按下快门的一瞬间，已预先开启的前帘维持不动，而感光元件则开始曝光。曝光完成后，后帘才升起阻挡光线。 可以说“电子前帘快门”是“机械快门”和“电子快门”的混合体，而产生的噪声也介乎两者之间。

左：机械快门帘。右：CMOS感光元件

相机电子快门/静音设定

既然有越来越多相机支持电子快门，它一定有其过人之处吧。其实这话看怎么讲，第一个确实它的优点相当明显，就是静音操作。快门运作时，一点声音也没有，特别适合宁静环境下（如演奏厅）的拍摄工作。

第二个优点就是它可以完全消除机械快门帘开合时产生的震动，尤其现今的照片尺寸动辄超过2000万像素，如果加上长焦距拍摄，轻微的震动足以影响清晰度。

第三，由于没有前后帘的开合，在高速闪灯同步（High Speed Sync / X-Sync）时，相机基本上不会出现部分画面被遮黑的现象。

这当中有个关键点：遮黑现象。它是怎么造成的呢？我们来了解一下。

闪光摄影中的“同步”，是指“闪光灯正好在快门完全开启时的瞬间闪亮”。

由于电子闪光灯的闪光持续时间极为短暂，如果不是在快门完全开启时触发闪光，则会使整幅画面感受的闪光量不足，或使部分画面受到闪光、部分画面没有受到闪光，甚至使整幅画面都没有感受闪光，这些情况都称为“不同步”。

不难理解，你在进行闪光摄影时，确保“同步”是先决条件。对性能正常的相机与闪光灯来说，要取得同步效果是与使用的快门速度直接相关的。

不同的照相机的闪光同步速度是不一样的，传统的胶卷相机多数在1/60秒到1/250秒之间（当然也有更高或者更低的闪光同步速度），闪光同步速度会在照相机的速度盘对应的刻度上用不同颜色标示。只要应用闪光同步速度或者比闪光不同步速度更慢的其他任何快门速度，闪光灯都能闪光同步。

单反的同步速度只有1/200秒，那么如若需要更高速度的快门，比如1/4000或更高的快门速度，应该如何实现呢？如果把快门做成一条狭缝，这个狭缝扫过整个感光元件需要1/200秒，感光元件上每行像素点受到光照时间就可以做到小于1/200秒了，只要狭缝做得足够窄，也可以实现1/4000秒的高速快门。

当快门速度高于1/200秒以后，会出现黑色的欠曝区域。原因是在前帘刚刚打开，狭缝刚刚通过CMOS最左的时候，闪光灯开始闪光，画面左侧被打亮，然后闪光灯结束，剩下的右半边CMOS都没有被闪光灯打到，所以是黑色。

相機的快门速度超出了闪光同步速度之后，要看看你的相机是否支持高速同步，再看看闪光灯和引闪器是否支持高速同步，如果相机支持高速同步，闪光灯和引闪器只要有一个不支持高速同步，快门速度过高都会出现这种黑边。

使用机械快门时，当闪光灯最高同步速度（比如1/250秒）大于相机允许范围（如1/200秒）时，部分画面会出现遮黑现象

果冻现象让飞机的螺旋桨严重变形（右图）

果冻现象让货车车架有一定扭曲

至于逐行扫描的CMOS如何与运动中的主体形成扭曲影像，实在難以用文字去说明，还是看图像吧

“电子快门”既安静又不会产生物理性震动，那为何不以它全面取代“机械快门”？

因为 “电子快门”有个致命的问题，就是它经常会产生“果冻现象”（Jello Effect），又称“滚动式快门”（Rolloing Shutter）现象。从右图可以看到“电子快门”对画面造成扭曲及变形的“果冻现象”，这并不是相机真实观察到的纪录影像，特别是拍摄快速移动的物体时尤其如此。

来到本篇的重点， “电子快门”为什么会扭曲高速移动的主体？首先，我们要了解感光元件如何取得每个像素 （Pixel） 的曝光值。

感光元件有两种方法读取像素的值，包括“全域快门” 和“滚动式快门”。“全域快门”是常用于 CCD 类的感光元件；“滚动式快门”则广泛应用于 CMOS 类感光元件。 基于生产成本，只有感光元件较小的相机才会使用 CCD，现今大部分全片幅和 APS-C 相机都采用CMOS感光元件。

“全域快门” 的感光元件会同步读取所有像素，换句话说，整片感光元件同时曝光，是较理想的电子快门。“滚动式快门”则不会同时读取所有像素的值，而是以扫描方式，由上而下逐行读取。这是感光元件的运作机制，无论是使用机械快门还是电子快门，都不会改变CMOS读取资料的方式。

但采用机械快门时，后帘被关上后，光线被完全隔绝，因此，感光元件上的资料不会再被更新。全电子快门则不同，感光元件无时无刻不暴露于光线下。相机读取第一行资料时，第二行至最后一行的资料也会随摄影主体的移动而不断变化。

从上述一系列的图示及动画，大家应该明白电子快门如何令拍摄主体变形吧！除变形外，也有可能产生锯齿。总的来说，机械快门会产生轻微震动和杂讯，所以也有快门预升这一功能。而电子快门虽然无声，却不适合拍摄快速移动的主体，否则会产生“果冻现象”或“滚动式快门”现象。摄影爱好者应该根据实际情况来切换快门的模式，这就是相机同时提供机械及电子快门的原因。