快门(见图2-30)是数码相机控制曝光时间的装置,按下快门按钮,数码相机快门自动打开,并持续设定时间后关闭。快门使用金属、织物或其他合成材料制成,由机械或电子机构控制快门的开启时间,用机械能或电能进行驱动。其工作原理是,为了保护数码相机内的感光器件不至于曝光,快门总是关闭的;当进行拍摄时,设定好快门速度后,只要按下数码相机的快门释放钮(即拍照的按钮),数码相机会在快门开启与闭合的时间内,让通过摄影镜头的光线使数码相机内的感光器件获得正确的曝光,光穿过快门进入感光器件,写入记忆卡。

图2-30 快门
快门速度是数码相机快门的重要考察参数,各个不同型号的数码相机的快门速度是完全不一样的,因此在使用某个型号的数码相机来拍摄景物时,一定要先了解其快门的速度,因为按快门时只有考虑了快门的启动时间并且掌握好快门的释放时机,才能捕捉到生动的画面。
下面介绍快门的分类:
1.按类型分类
快门按数码相机类型区分,可分为镜间快门和焦平面快门。镜间快门又称为镜后快门、光圈一体快门,它由一系列薄钢叶片组成,放置在镜头的单元之间,主要应用在轻便型数码相机和部分120镜头上;焦平面快门又称帘幕快门,它位于数码相机里,正好在感光器件的前面,由于它就在焦点平面,也就是胶片位置的前面,因此而得名,它主要应用在单反数码相机上。
2.按驱动方式分类
快门按照驱动方式区分,又可分为机械快门和电子快门。
1)机械快门是用机械弹簧或是电子、电磁手段控制几片叶片的开闭,或是两层帘幕像舞台“拉幕”一样左右或上下以一定宽度的缝隙“划过”成像像场窗口,让窗口获得指定时间长短的“见光机会”——这就是通常的“机械快门”概念。
数码相机的机械快门和传统相机是不一样的,其工作流程如图2-31所示。平时是打开着以便电子取景器取景,在曝光前再关闭。复位感光器件上存储信息,并记录各个像素的暗电流资料,接下来进行曝光,机械快门开启,曝光结束后关闭机械快门,将曝光数据通过DSP进行处理。目前高级家用数码相机和所有的单反数码相机都采用机械快门。
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图2-31 机械快门工作流程图
2)电子快门实际上并没有“门”,而是利用了CCD感光系统不通电不工作的原理。在CCD不通电的情况下,尽管像场窗口仍然“大敞开”,但是并不能产生图像。如果在按下快门时,使用电子时间电路使CCD只工作“一个指定的时间长度”内,就也能获得像有快门“瞬间打开”一样的效果。电子快门是通过电路控制快门线圈磁铁来控制快门开启时间的,齿轮与连动零件大多为塑料材质。电子快门结构简单、成本较低,目前袖珍卡片数码相机和其他中、低档数码相机基本上都是采用电子快门。电子快门又分为行间快门、帧转移快门、全帧转移快门(也有的叫狭缝式电子快门)。

图2-32 行间快门结构示意图
行间快门结构示意如图2-32所示,感光材料分为感光区和遮光区。遮光区分布在感光平面上,它与存储单元和感光单元一一对应,在没有进行曝光之前像素上的信息不被记录。当系统发出复位信号以后,像素上的信息被清除,并记录暗电流信息,然后系统开始曝光。曝光时间到达后,感光区上的信息被迅速转移到对应的遮光存储单元内,然后感光区复位,准备下一次曝光,整个过程只需要一个时钟周期。下一次曝光开始前,存储区的信息再转移到DSP电路中,经过处理后存储到数码相机的存储介质中。
帧转移快门结构示意如图2-33所示,感光材料也存在着感光区和存储区,但位于两个不同的位置。帧转移快门结构缺点是一个时钟周期内,像素的信号只能传递出去一次,所有像素的信息传递需要N个(N为感光材料的垂直分辨率)周期才能完成传递过程,因此速度受到一定的影响。
全帧转移快门结构如图2-34所示,它的感光材料不再像行间快门和帧转移快门那样具有感光单元对应的存储单元,但曝光仍然通过复位时钟来控制,信号的读出通过位于各列像素之间时钟信号的配合,通过列放大器直接输出。全帧转移快门曝光过程是逐点传输的(即各个像素不是同时曝光),当快门速度非常高(如拍摄运动的物体)时,将产生如同传统相机焦平面快门的狭缝变形。这种快门由于不存在存储过程,信号通过开关电路直接转移,因此它的速度比较快。

图2-33 帧转移快门结构示意图

图2-34 全帧转移快门结构示意图
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