¿Qué determina la velocidad de obturación más rápida para un obturador electrónico?

Probé suerte en Robótica, pero no tuve suerte para encontrar a alguien con conocimientos. Por lo tanto, alguien sugirió publicar la pregunta aquí nuevamente.

Entiendo que hay diferentes tipos de persianas, tanto mecánicas como electrónicas, y puedo entender cómo funcionan. Mi problema se refiere a la velocidad de obturación. Si uso un obturador mecánico, entonces la velocidad máxima del obturador depende de ese elemento en particular en el ensamblaje, pero ¿cómo funciona para los obturadores electrónicos? Nunca he leído "Velocidad máxima de obturación" en ninguna especificación. Lo único que suelo ver flotando son fotogramas por segundo. Pero esos no suelen pasar un límite de unos 250 fps. Dependiendo de cómo esté construido el sensor, se podría pensar que la velocidad máxima de obturación por lo tanto es 1/250 o 1/500 si usa medios fotogramas.

¿Puede esto ser correcto? Parece muy lento. Me enfrentaré a la tarea de registrar imágenes nítidas y claras de papel que se mueve a unos 17 m/s. Eso nunca es posible con velocidades de obturación tan lentas. ¿Me veré obligado a usar un obturador mecánico o estoy malinterpretando algo?

Si es así, ¿cómo debo entender a partir de las especificaciones de los sensores qué tiempo de obturación global máximo permite? Vea por ejemplo este: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=PYTHON2000

Debido a la forma en que los obturadores mecánicos graban imágenes más cortas que la velocidad de sincronización de la cámara , obtendrá artefactos de obturador rodante si usa un obturador mecánico típico que se encuentra en una DSLR. Aunque es posible que cada punto del sensor solo se exponga durante un intervalo de tiempo tan corto como 1/8000 de segundo, normalmente la ranura entre la primera y la segunda cortina tarda alrededor de 1/200 de segundo en moverse por todo el sensor. Lo mismo ocurre con algunos obturadores electrónicos que leen secuencialmente (es decir, de arriba a abajo del sensor).
Consulte este enlace para ver cómo funciona un obturador mecánico a alta velocidad de obturación: youtube.com/watch?v=ptfSW4eW25g
Para la fotografía de alta velocidad, la solución generalmente ha sido no preocuparse por la velocidad del obturador, sino controlar toda la luz que ilumina la escena en ráfagas cortas sincronizadas con precisión mientras el obturador permanece abierto por un período de tiempo más largo. Si tiene una ráfaga de luz de solo 1/10.000 segundos de duración y la habitación está totalmente oscura, entonces no importa si el obturador está abierto durante 1/250 segundos. La única vez que la luz incidirá en el sensor es en el 1/10.000 segundo que la luz está brillando.
La cámara se configurará en un entorno de fabricación/impresión y no estará completamente a oscuras. Sin embargo, la cámara probablemente se sentará en una posición sombreada.
@Cyianor Completamente oscuro no es un requisito. Los flashes fotográficos emiten mucha energía durante una ráfaga de flash y la contribución de la luz ambiental no importará mucho.

Respuestas (2)

La velocidad del obturador electrónico está limitada por la velocidad a la que la cámara lee los datos de imagen del sensor.

Para la mayoría de los sensores CMOS y, por lo tanto, para la mayoría de las DSLR regulares, la cámara lee los datos de la imagen progresivamente, en lugar de leer todos los datos de la imagen instantáneamente. A medida que lee, restablece los datos que contienen esos píxeles.

Si este proceso tarda, por ejemplo, alrededor de 1/120 de segundo en leer todo el cuadro, este es el límite estricto de la velocidad que puede usar como "obturador electrónico". Exactamente por la misma razón, esto también rige la velocidad de fotogramas máxima que puede grabar en video o en modo de vista en vivo. Si una cámara es capaz de grabar video a 60 fps, por ejemplo, sabrá que los datos de la imagen tardan menos de 1/60 s en leerse.

Un obturador mecánico puede alcanzar velocidades mucho más altas. Cuando se usa el obturador mecánico, el obturador se cierra durante el tiempo que tarda el sensor en reiniciarse, luego el obturador se abre por un corto tiempo y expone el marco (una cortina del obturador sigue a la otra), luego el obturador finaliza arriba en un estado cerrado. Luego, los datos se leen del sensor mientras el obturador está cerrado después de la exposición. Por lo tanto, la velocidad de lectura del sensor no tiene limitación en la velocidad de obturación.

Las persianas mecánicas pueden alcanzar altas velocidades porque involucran dos cortinas de persianas independientes, y una cortina puede seguir de cerca a la otra de modo que una se abre mientras la otra se cierra al mismo tiempo. Un obturador electrónico no puede hacer esto: no es posible leer y restablecer progresivamente los datos del sensor en dos lugares a la vez.

Eso solo es cierto para los sensores CMOS de obturador no global. Los sensores CCD o CMOS no están limitados por la rapidez con la que se pueden leer los datos (en una arquitectura de obturador global, la carga se transfiere del píxel a un búfer hasta que la cámara está lista para leerlos). Las cámaras digitales de primera generación con CCD solían disparar a 1/1600 s, más rápido que los obturadores mecánicos más rápidos disponibles. Podrían haberse hecho más rápidos si los fabricantes lo hubieran deseado (solo están limitados por la velocidad de conmutación del sensor).
¿Hay sensores CMOS con obturadores globales? Soy consciente de que los CCD hacen esto, pero no sabía que los sensores CMOS lo hicieran.
Sí, hay sensores CMOS con obturadores globales, por ejemplo, el de la cámara Blackmagic Production. Es más difícil de implementar que en un CCD pero es perfectamente posible.
@MattGrum Entonces, ¿definitivamente hay obturadores electrónicos con tiempos de obturación más rápidos que 1/120? Finalmente obtuve una hoja de datos de un fabricante de cámaras que indicaba la posible velocidad de obturación. La velocidad de obturación más rápida (obturador global CMOS) que afirman es de 13 microsegundos, que debería ser aproximadamente 1/77 000. No indicaron esto debajo de la información del chip sino debajo de la información de la cámara. ¿Será que la velocidad de obturación más rápida está más determinada por el fabricante de la cámara que por el sensor?
Será determinado por la tecnología utilizada. El modo de visualización en vivo tradicionalmente es bastante limitado debido a las razones mencionadas anteriormente, pero como señaló Matt Grum, algunos sensores tienen una función de obturador global, por lo que obtienes una velocidad realmente rápida. Sin obturador global = muy lento, obturador global = muy rápido. Con el auge de los visores electrónicos, el modo de vista en vivo como predeterminado, PDAF que puede funcionar en modo de vista en vivo, sin espejo, etc., los obturadores globales son un paso lógico para evitar la acción del obturador de doble cierre (o, de hecho, la necesidad de un obturador físico). obturador).

Realmente no sé lo que estás preguntando. Si desea capturar imágenes nítidas y claras de papel en movimiento, su velocidad no es realmente relevante. Lo importante es más bien la velocidad angular de los detalles que desea capturar. Si el papel está lejos no sería problema sacar una foto.

Una toma más detallada del papel podría terminar borrosa (la velocidad angular es mayor), pero puede aumentar la velocidad de obturación, pero incluso con una velocidad de obturación alta, experimentará un efecto de obturación rodante .

Para evitar este efecto, puede mantener el obturador completamente abierto durante un breve período de tiempo y, en su lugar, utilizar un flash para congelar la acción. Los flashes fotográficos generalmente liberan el flash en un período de tiempo muy corto y si el flash es la única fuente de luz que realmente afectará la exposición, seguramente congelará el papel en movimiento.

A menos que sea muy específico en lo que está tratando de lograr, es muy difícil ayudar. ¿Ya has probado a hacer la foto? ¿Cuáles son sus problemas y cuáles son sus metas?

En cuanto a la parte de la pregunta sobre las persianas (mecánicas y eléctricas) y sus velocidades máximas, no veo cómo se conectan con la parte sobre la foto del papel. Los obturadores mecánicos más rápidos para DSLR pueden alcanzar una velocidad de alrededor de 1/8000 s. Los obturadores electrónicos no son tan comunes entre las DSLR, pero la antigua EOS-1D usaba uno y podía alcanzar una velocidad de 1/16000 s. Puede ser incluso más rápido que eso y las velocidades de cuadro máximas de las cámaras de video tienen poco que ver con eso.

La razón por la que publiqué esto primero sobre robótica es que se trata de una tarea de visión artificial y no usaré una DSLR o algo similar. Necesito una cámara diminuta o pequeña y las resoluciones de 2 megapíxeles serían absolutamente aceptables. Lo único es que va a haber una web de una imprenta funcionando a unos 17 m/s debajo de la cámara y la cámara estará a un máximo de 10 cm del papel. Solo quiero capturar pequeñas características y es posible predecir su posición. Sin embargo, lo importante es capturarlos de la forma más nítida y clara posible.
@Cyianor Si está utilizando un flash con una duración de flash corta, diga 1/20000 de segundo que correspondería al movimiento del papel de aproximadamente 0,85 mm durante ese flash. La duración del flash pondrá un límite superior en la nitidez de las imágenes que obtendrá. Sin embargo, esta borrosidad se orientará de la misma manera en que se mueve el papel. Si el detalle de interés es perpendicular al movimiento, la resolución será alta. Si va a tomar una gran cantidad de imágenes, las quemará con bastante rapidez. Desafortunadamente, los requisitos de imágenes nítidas y movimiento rápido son difíciles de satisfacer al mismo tiempo.
¿Es esto posible si no está completamente oscuro? Trabajaré en un entorno de impresión/fabricación e incluso si probablemente apenas habrá luz del día, seguirá habiendo luz artificial. ¿Todavía podría tener tiempos de exposición "largos" de 1/200 por ejemplo y obtener una imagen nítida con un flash corto como 1/20000 de segundo?
@Cyianor Depende de qué tan brillante sea la luz ambiental y qué tan potente sea el flash que esté usando. Mira este video para hacerte una idea: https://www.youtube.com/watch?v=91gU93J2Q8k
¡Gracias! Esto realmente ayuda mucho. Pero todavía no responde a una de mis preguntas originales. Si observo los sensores de imagen, como el que publiqué anteriormente, ¿cómo averiguo la velocidad máxima de obturación?
@Cyianor Por lo general, se especifica junto con los otros datos sobre el sensor. No sé por qué el sitio al que se vinculó no brinda esa información. La EOS-1D en mi ejemplo tiene una velocidad de obturación máxima de 1/16000 segundos y esa es una velocidad de obturación máxima bastante común entre las cámaras con obturador electrónico. Si el sensor al que se vinculó es de su interés, envíeles un correo electrónico y solicite los datos.
Lo extraño que me confunde es que nunca se afirma con cámaras de visión artificial. Todo lo que dicen es fps pero no la velocidad máxima de obturación. Probablemente sea mejor ponerse en contacto con uno de los fabricantes para obtener una respuesta a esa pregunta.
Probablemente la razón por la que nunca se menciona es porque no es muy relevante. La fotografía de alta velocidad utiliza la duración del flash, no la velocidad del obturador, para congelar el movimiento.
¿Qué determina la velocidad de obturación más rápida para un obturador electrónico?
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