Rolling Shutter bei Fotoaufnahmen

[Reflex Igel]

Hallo zusammen,

ich bin heute über ein Frage gestolpert, die mir nur lesend im Internet nicht beantwortet wurde. Es wäre total klasse, wenn hier jemand was dazu wüsste. Ich zerbiege mir nämlich schon seit Stunden das Hirn und komme nicht weiter.

Es geht um den Rolling-Shutter. Also dieses Phänomen, dass bei Schlitzverschlüssen, wie wir ihn alle an der Kamera haben, das bei schnellen Objekten auftritt. Meine Frage nun: Warum spricht die ganze Welt immer nur vom Rolling-Shutter-Problem, wenn es um Videos geht. Es müsste doch eigentlich auch bei Fotos ein Problem sein. Das Problem (glücklicherweise) ist, dass es bei mir in der Fotopraxis noch nie ein Problem war. Denn solche Bilder habe ich noch nie mit meiner DSLR geschossen. Wenn ich mir das Video anschaue, wie ein Verschluss funktioniert, dann Frage ich mich, warum es das Rolling-Shutter-Problem bei Fotos anscheindend nicht gibt. Wenn der Schlitz oben losläuft, dann hat sich das Bild doch geändert, bis er unten ankommt.

Bin für jede Hilfe dankbar.

Viele Grüße
Igel

 

[Stempel]

Bleib glücklich, für das gezeigte Bild...

Das Problem (glücklicherweise) ist, dass es bei mir in der Fotopraxis noch nie ein Problem war.

... musst Du schon den Hauptgewinn ziehen. Da liegt der Verdacht nahe, dass besagter Audi später per EBV zu Präsentationszwecken verzerrt wurde. Ich schlage vor, Du und ich bleiben glücklich, von solchen Rasern unbeeindruckt fotografieren zu können.
Gruß, Wolfgang

 

[n.nescio]

es könnte was mit zwei dingen zu tun haben:
1) verschlußzeit ... ist beim fotografieren beliebig einstellbar, bei filmszenen relativ wenig variabel. und möglicherweise hängen bei heute üblichen cams verschlußzeit und bildfrequenz direkt zusammen.

2) datenverarbeitungsgeschwindigkeit der cam: eine cam schafft gut einen durchsatz von 5 oder 10 bildern pro sekunde als jpg ... beim filmen hast du zwar eine geringere pixelzahl, aber 25 bis 100 bilder pro sekunde zu verarbeiten ... könnte eine rolle spielen, wenn bildfrequenz und verschlußzeit zusammenhängen.

(hab keinerlei erfahrung/ahnung mit/vom filmen)

lg gusti

 

[burkhard2]

Grundsätzlich tritt der Effekt auch bei Fotos auf, allerdings weniger stark. Das liegt am unterschiedlichen Timing.

Beim Foto läuft der mechanische Verschluss von oben nach unten (oder von links nach rechts ab), das dauert ca. 1/250 s (≈ Blitzsynchronzeit), d. h. die Zeitverzögerung der Belichtung vom ersten zum letzten Pixel beträgt 1/250s. Danach wird das Bild "in aller Ruhe" bei geschlossenem Verschluss ausgelesen.

Beim Filmen muss das Bild schnell ausgelesen werden, d.h. die Verzögerung zwischen Pixeln in der obersten und der untersten Reihe hängt von der Auslesegeschwindigkeit ab, insbesondere bei längeren Belichtungszeiten, wenn man nicht alle Pixel gleichzeitig belichten und dann nacheinander auslesen kann – im schlimmsten Fall also 1/25 s (bei 25 Bildern/s).

L.G.

Burkhard.

 

[GymfanDE]

Beim Foto läuft der mechanische Verschluss von oben nach unten (oder von links nach rechts ab), das dauert ca. 1/250 s (≈ Blitzsynchronzeit), d. h. die Zeitverzögerung der Belichtung vom ersten zum letzten Pixel beträgt 1/250s.

Während der X-Sync Zeit (HS-Sync mal nicht betrachtet) muß der Sensor doch vollkommen offen sein, der Blitz hat schließlich eine viel kürzere Abbrenndauer. M.M. nach benötigt der Schlitzverschluß zum Schließen höchstens die minimalen Zeit, mit der die Kamera belichten kann. Das wäre dann hier 1/8000 s, innerhalb der sich der Bildinhalt zwischen oberem und unterem Bildteil signifikant ändern müsste.

 

[whr_]

M.M. nach benötigt der Schlitzverschluß zum Schließen höchstens die minimalen Zeit, mit der die Kamera belichten kann. Das wäre dann hier 1/8000 s, innerhalb der sich der Bildinhalt zwischen oberem und unterem Bildteil signifikant ändern müsste.

Dann hast Du nicht verstanden, wie ein Schlitzverschluß funktioniert und warum er so heißt.

Bei Zeiten deutlich unterhalb der kürzestmöglichen Blitzsynchrozeit läuft der zweite Vorhang bereits los (und schließt), bevor der erste ganz angekommen ist - der Verschluß ist also zu keinem Zeitpunkt mehr ganz offen, Je kürzer die Belichtungszeit, desto schmaler wird der Belichtungsschlitz, der über das Bildfeld läuft. Die kürzestmögliche Zeit wird dann nur durch die minimale Schlitzbreite (und damit auch deren Präzsion) bestimmt.

Zahlenbeispiel (geschätzt): Du hast 1/250 s (4 ms) kürzeste Blitzsynchronzeit. Dann wird ein Vorhang ca. 2,5 ms zum Durchlaufen der 24 mm brauchen, damit der Verschluß ca. 1,5 ms (max. Blitzabbrennzeit) ganz offen ist. - Bei 1/8000 s (0,125 ms) Belichtungszeit ist der über das Bildfeld laufende Schlitz dann noch ca. 24 mm * 0,127/2,5 = 1,2 mm breit (hoch). Und der braucht dann durchaus 2,5 ms,bis er von oben bis unten durchgelaufen ist.

Daß Du bei Photos davon viel seltener etwas bemerkst, liegt in der Tat daran, daß der mechanische Verschluß deutlich schneller über das Bildfeld läuft, als der Sensor elektronisch (bei Video) auslesbar iist. Natürlich dauert der Auslesevorgang bei Photos mit deren höherer Auflösung nochmal länger als bei Video, aber da ist der Verschluß dann ja schon zu.

Kompaktkameras und einige Kamerasa mit großem Sensor haben einen Zentralverschluß im Objektiv, der dieses Problem gar nicht kennt.

 

[janrobert]

Das Bild wird vom Sensor nicht "in einem Rutsch", sondern Zeile für Zeile ausgelesen, dieser Prozess dauert und bewirkt den "Rolling Shutter" Effekt.
Bei Fotos hat man damit keine Probleme, da zum Zeitpunkt des Auslesens der mechanische Verschlussvorhang geschlossen ist. Bei einem Schlitzverschluss bewirkt dieser aber auch einen Rolling Shutter Effekt, nur ist dieser geringer da der Verschluss schneller ist als das elektronische Auslesen.
Wie bereits gesagt kann man die minimale Geschwindigkeit der Vorhänge aus der Blitzsynchronzeit ablesen: Eine Blitzsynchronzeit von 1/250s sollte aber heißen, dass der Shutter mindestens bei einer Belichtung von 1/250s einen Moment komplett offen ist, somit muss sich der Vorhang mindestens doppelt so schnell bewegen: 1. Vorhang läuft los und ist nach 1/500s am Sensor vorbei, dann brennt der Blitz ab, dann läuft der 2. Vorhang los und ist nach weiteren 1/500s geschlossen...

Fazit: Wer keinen Zentralverschluss hat, hat Rolling Shutter Probleme wenn das Motiv zu schnell ist - bei Fotos bedeutet zu schnell aber wesentlich schneller als bei Film, daher fällt das fast nie auf.

 

[Otzuka]

Global Reset und/oder ein höherer Pixeltakt sind die Lösung.

 

[rodinal]

Meine Frage nun: Warum spricht die ganze Welt immer nur vom Rolling-Shutter-Problem, wenn es um Videos geht. Es müsste doch eigentlich auch bei Fotos ein Problem sein.

Eigentlich spricht die ganze mft-Welt seit Erscheinen der Pana G5 vom Rolling Shutter bei Fotos. Diese Kamera und inzwischen auch die G6 und GH3 haben nämlich zusätzlich einen elektronischen Verschlußmodus, der wie ein extrem langsamer Schlitzverschluß mit 1/10 sec. Syncronzeit funktioniert. Wenn du nach Bildern dieser Kameras mit EV suchst, kannst du reichlich Beispiele mit z.T. grotesken Verzerrungen finden.

Trotzdem gilt der EV inzwischen fast als Killerfeature, weil Lautlosigkeit und Erschütterungsfreiheit in manchen Situationen durch nichts zu ersetzen sind. Eine verbesserte Ausführung wäre naturlich wünschenswert.

Einen EV haben auch die Nikon CX, der läuft aber aufgrund des kleineren Sensors schneller als bei den Panas und verursacht weniger auffällige Effekte.

 

[whr_]

Trotzdem gilt der EV inzwischen fast als Killerfeature, weil Lautlosigkeit und Erschütterungsfreiheit in manchen Situationen durch nichts zu ersetzen sind. Eine verbesserte Ausführung wäre naturlich wünschenswert.

Einen EV haben auch die Nikon CX, der läuft aber aufgrund des kleineren Sensors schneller als bei den Panas und verursacht weniger auffällige Effekte.

EV ist aber ein elektronischer Sucher und hat mit dem vollelektronischen Verschluß nichts zu tun.

Global Reset und/oder ein höherer Pixeltakt sind die Lösung.

Der Global Reset taugt nur als Ersatz für den ersten Vorhang - Canon macht das mittlerweile optional so - und höherer Pixeltakt schreibt sich zwar nett, aber das ist kein digitales, sondern ein analoges System, und da bedeutet schneller mehr Rauschen, weniger Genauigkeit, und mehr Übersprechen.

 

[Otzuka]

Der Global Reset taugt nur als Ersatz für den ersten Vorhang - Canon macht das mittlerweile optional so - und höherer Pixeltakt schreibt sich zwar nett, aber das ist kein digitales, sondern ein analoges System, und da bedeutet schneller mehr Rauschen, weniger Genauigkeit, und mehr Übersprechen.

Meinte auch eigetnlich die Videofunktion damit, wo der Rolling Shutter Effekt wirklich ernsthaft zum tragen kommt.

 

[whr_]

Meinte auch eigetnlich die Videofunktion damit, wo der Rolling Shutter Effekt wirklich ernsthaft zum tragen kommt.

Und wie macht man da bei CMOS den zweiten Vorhang elektronisch gleichzeitig? - bei CCD ging das alles.

 

[Otzuka]

Und wie macht man da bei CMOS den zweiten Vorhang elektronisch gleichzeitig? - bei CCD ging das alles.

2. Vorhang? Die Pixel werden einfach zeilenweise zu unterschiedlichen Zeiten ausgelesen. Ein Global Reset sorgt dafür, dass das erste Pixel erst wieder anfängt wenn das letzte ausgelesen wurde.

 

[whr_]

2. Vorhang? Die Pixel werden einfach zeilenweise zu unterschiedlichen Zeiten ausgelesen. Ein Global Reset sorgt dafür, dass das erste Pixel erst wieder anfängt wenn das letzte ausgelesen wurde.

Global Reset bedeutet, daß alle Pixel zum gleichen Zeitpunkt entladen werden. Wen Du den Aufladevorgang (durch das ankommende Licht) auch zum gleichen Zeitpunkt beenden willst, dann brauchst Du einen globalen Lesemechanismus. Den gibt es nicht; daher wird statt dessen die Ladung wie beim CCD in einen analogen Zwischenspeicher gleichzeitig transferiert und aus diesem wieder sequentiell ausgelesen. Das bringt eine Menge Nachteile, die man für eine Industriekamera akzeptieren kann (z. B. hat man da genug Licht), aber für die Photokamera nicht will.

Schau Dir z. B. mal
http://www.aptina.com/products/technology/Aptina_Global-Shutter-WhitePaper.pdf
an.

Was Canon bei den DSLRs (im Quiet Mode für Photos) macht, geht meiner Meinung nach so: der Reset erfolgt nicht wirklich Global, aber schnell nacheinander, genau mit der Geschwindigkeit, mit der auch die mechanischen Vorhänge laufen. Der erste Vorhang ist vor der Aufnahme offen. Der zweite folgt dann nach Art des Schlitzverschlusses dem elektronischen Reset, so daß jedes Pixel nach der gleichen Belichtungszeit so wie bisher mechanisch blockiert wird. Und dann wird gemütlich sequentiell ausgelesen.

Das halbiert den Krach.

 

[rodinal]

EV ist aber ein elektronischer Sucher und hat mit dem vollelektronischen Verschluß nichts zu tun.

Sprache ist einfach gemein und benutzt manchmal sogar deutsche Abkürzungen. In anderen Foren hat sich EV für den elektronischen Verschluß eingebürgert; vielleicht solltest du gelegentlich einen FoAküKni (Foren-Abkürzungsknigge) verfassen.

 

[whr_]

http://www.googlefight.com/index.ph...er+Verschlu%DF&word2=EV+electronic+viewfinder - 1:3

http://www.googlefight.com/index.ph...scher+Verschlu%DF&word2=ES+electronic+shutter - 1:100

 

[Reflex Igel]

Hallo,

ich war der Themeneröffner - zumindest dachte ich das. Es ist ja symptomatisch für dieses Forum, dass sehr schnell (in diesem Fall direkt nach meinem ersten Posting) vom Thema abgeschwiffen wird.
Dankenswerter Weise ist aber WHR heute um 8:57 Uhr wieder auf mein Thema zurückgekommen und ein paar Zeilen verfasst, die mir wirklich weitergeholfen haben. Dann kam auch noch JANROBERT dazu und das hat auch nochmal geholfen. Danke euch dafür.

Was ich nur immer noch nicht verstanden habe: Je schneller der erste Vorhang nach unten läuft, um so besser ist es ja, da dann das gesamte Bild zu einer "gleicheren Zeit" belichtet wird. Aus der Beispielrechnung von WHR bin ich erstmal nicht schlau geworden.

Ich habe mir dazu mal dieses Video angeschaut und da da auch eine Uhr eingeblended wird, kann man sehen, dass das runterrauschen des 1. Vorhangs ca. 5 ms braucht. Das heißt also, dass die obere Zeile des Sensors ihr Licht 5 ms früher bekommt, als die unterste Zeile. Alle anderen Zeilen liegen irgenwo dazwischen. Das Spannende ist nun, dass sich 5 ms in 1/200 Sekunden umrechnen. Ich habe bei einem Autorennen schonmal fotografiert und alles unter 1/320 war eher unscharf und da habe ich schon vor einer Kurve gestanden und dann mit einer 500stel fotografiert. Will heißen, es gibt durchaus Situationen, wo sich ein schnelle Bewegeung sich oberhalb von 5 ms bemerkbar macht. Und trotzdem sah mein Bild so aus:


Wenn ich jetzt überlege, dass der obere Teil des Sensors die Daten 5 ms eher erhalten hat, als der untere, dann hätte ich hier eher etwas vermutet, was so ausieht, was ich hier per EBV dramatisiert habe:


Das ist aber nicht passiert und ich verstehe nicht, warum.
Versteht jemand, warum ich das nicht verstehe

Viele Grüße
Igel

 

[whr_]

Ich habe mir dazu mal dieses Video angeschaut und da da auch eine Uhr eingeblended wird, kann man sehen, dass das runterrauschen des 1. Vorhangs ca. 5 ms braucht.

Das stimmt nicht. Es sind weniger als 3, etwa 2 ms - so wie in meinem Zahlenbeispiel. Siehe Bilder.

und da habe ich schon vor einer Kurve gestanden und dann mit einer 500stel fotografiert.

Was bedeutet, daß die 2 ms Unterschied zwischen Bildober- und unterkante gerade der Breite der Bewegungsunschärfe Deines Bildes entsprechen. Außerdem ist es ja noch mitgezogen, insofern müsstest Du die Schiefe eher im (unscharfen) Hintergrund als im Fahrzeug finden. Und dort glaube ich schon, daß die Zaunpfosten ein wenig schräg stehen.

Wiederhol den Versuch mal mit 1/8000 s und den Rotorblättern eines Hubschraubers oder eine ähnliche schnelle Drehbewegung eines an sich geraden Objekts. Dann siehst Du das.
http://farm3.staticflickr.com/2777/5769409122_acd41e3cbc_z.jpg

 

[crumble0815]

Trotzdem gilt der EV inzwischen fast als Killerfeature, weil Lautlosigkeit und Erschütterungsfreiheit in manchen Situationen durch nichts zu ersetzen sind. Eine verbesserte Ausführung wäre naturlich wünschenswert.

Dazu muss man Zeilen/Spaltenweise die lichtempfindlichen Zellen in einem nicht lichtempfindlichem Bereich kopieren und von da aus dann seriell auslesen.

Allerdings verliert man dadurch Aufloesung und erhaelt mehr Rauschen und hoehere Kosten. Koennte aber die Bildfolgezeit erhoehen, da waehrend des Auslesens schon das naechste Bild belichtet werden kann.

Peter

 

[Reflex Igel]

Danke nochmal, für Deine Antwort.
Ich glaube, jetzt hast Du mir den entscheidenden Kick gegeben: Der lag darin, dass die Vorhangzeit - sein es jetzt 5 ms oder weniger als 3 ms - ja zwischen der allerobersten und der alleruntersten Kante sind. Da das Auto ungefähr 1/4 der Bildhöhe ausmacht, ist es natürlich auch nur zu 1/4 betroffen. Also ein Unterschied in der Belichtungsstartzeit von weniger als 1 ms. Da wird dann nicht mehr so viel oval sein.

Ich bin bei weiteren Recherchen heute noch auf dieses Video gestoßen. Mit dem habe ich ermittelt, dass der Vorhang ungefähr 3,3 ms zum Fallen benötigt (ca. von 90.000 ms bis 90.275 auf der eingeblendeten Uhr).

Das Bild vom Heli, dass Du mitgesendet hast, ist ein typisches Still, dass aus einem Rolling-Shutter-Video entnommen wurde, denke ich. Ich habe nämlich kein einziges Bild im Netz gefunden, dass so aussah und tatsächlich als Bild aufgenommen war. Das waren alles immer Auszüge aus Videos.

Viele Grüße
Igel