卷帘快门

global shutter shutter speed frame rate motion blur sensor size arri alexa red komodo large format

Rolling Shutter是一种曝光技术，其中传感器从上到下（或水平）逐行曝光।

定义

滚动快门（德语：Rolling Shutter Effekt 或 Zeilenscanning）是一种曝光方法，数字传感器并非同时曝光所有像素，而是逐行依次曝光——通常是从上到下。这是现代 CMOS 传感器中的标准技术，与所有像素同时曝光的全局快门形成对比。

在常见的帧率下，曝光时间可能在 0.5 到 50 毫秒之间，这会导致快速运动时出现可见的伪影：

果冻效应：波浪状变形
倾斜/剪切：垂直线条倾斜
混叠：规则结构出现摩尔纹

物理原理

滚动快门如何工作

滚动快门曝光时间线（24fps）：

帧持续时间：41.67毫秒
行数：2160 行（4K）
每行时间增益：41.67毫秒 / 2160 = ~19.3 微秒

 t=0ms t=10ms t=20ms t=41.67ms
 ↓ ↓ ↓ ↓
第 1 行：[████████]
第 2 行：[████████]
第 3 行：[████████]
...
第 2160 行：[████████]

当最后一行正在曝光时，第一行
已经包含了 40 毫秒“旧”的信息。

与全局快门进行比较的示例

全局快门（所有行同时曝光）：

t=0ms t=41.67ms
所有行在此曝光 在此读取
[██████████████████████████████████████]

CMOS 与 CCD

CMOS（现为标准）：逐行读取，滚动快门
CCD（较旧）：可实现全局曝光，但成本高且已过时
全局快门 CMOS（最新技术）：无伪影的滚动快门

技术规格

现代相机中的滚动快门

相机	传感器	分辨率	扫描时间	滚动快门？
ARRI Alexa Mini	Super35 CMOS	2880x1620	~10毫秒	是（最小）
RED Komodo	RED Dragon	6K	~15毫秒	是（中等）
Sony FX30	CMOS 堆叠式	4K	~8毫秒	是（明显）
Blackmagic URSA Mini Pro	Super35	4K	~8毫秒	是（明显）
Canon R5	全画幅 CMOS	8K	~22毫秒	是（显著）

扫描时间计算

扫描时间（行数 / 读取速度）：

ARRI Alexa Mini 在 24fps 下：
 帧持续时间 = 1000毫秒 / 24fps = 41.67毫秒
 行数 = 1620
 有效扫描时间 ≈ 10毫秒（~24% 的帧持续时间）

Sony FX30 在 24fps 下：
 帧持续时间 = 41.67毫秒
 行数 = 2160
 有效扫描时间 ≈ 8毫秒（~19% 的帧持续时间）

RED Komodo 在 24fps 下：
 帧持续时间 = 41.67毫秒
 行数 = 3160（6K）
 有效扫描时间 ≈ 15毫秒（~36% 的帧持续时间）

重要提示：更高的帧率 = 更短的扫描时间 = 更少的滚动快门效应

Sony FX30 在不同帧率下：

24fps：41.67毫秒帧持续时间 → ~8毫秒扫描 = 可见
60fps：16.67毫秒帧持续时间 → ~3.2毫秒扫描 = 微妙
120fps：8.33毫秒帧持续时间 → ~1.6毫秒扫描 = 几乎看不见

伪影及其原因

1. 果冻效应（晃动）

经典的果冻效应发生在相机垂直于扫描方向的运动时：

快速水平摇摄（平移）：

顶部（早期曝光）：位置 A
 （相机在此处）
中部（晚期曝光）：位置 B
 （相机在此处）
底部（最后曝光）：位置 C
 （相机已到此处）

结果：图像内容看起来呈波浪状失真
效果更强的情况：
 - 更快的摇摄
 - 更快的帧率（更大的位移差）
 - 更大的传感器（更高的空间分辨率）

视觉示例：

24fps 下快速 30° 摇摄：非常明显（5-10° 变形）
24fps 下缓慢 10° 摇摄：几乎看不见

2. 倾斜（剪切）

垂直或接近垂直的线条在水平运动时会倾斜：

静止的垂直房屋：

全局快门： 滚动快门（快速平移）：
 | /
 | （完美垂直） / （倾斜 1-3°）
 | /

3. 混叠（摩尔纹效应）

在非常规则的结构和特定运动下会产生摩尔纹：

纹理比较：

具有规则窗户图案的立面：
 全局快门：清晰的窗户线条
 滚动快门：摩尔纹，窗户线条晃动

直升机旋翼：
 全局快门：正常的旋翼运动
 滚动快门：混叠，旋翼看起来减速或倒转

4. 垂直线条偏移

在运动中可能会出现半曝光的物体：

抛球（垂直下落）：

全局快门： 滚动快门：
[O] （清晰的球） [O] 顶部
 [O] 中部（已偏移）
 [O] 底部（严重偏移）

实际影响

运动速度阈值

ARRI Alexa Mini 在 24fps 下：
 摇摄速度 | 可见性
 5°/秒 | 不可见
 15°/秒 | 刚刚可见
 30°/秒 | 明显可见
 60°/秒 | 严重干扰

 经验法则：低于 10°/秒则不可见

Sony FX30 在 24fps 下（传感器较小）：
 10°/秒 | 不可见
 25°/秒 | 刚刚可见
 50°/秒 | 明显可见

 经验法则：低于 15°/秒则不可见

关键场景

滚动快门在以下情况会产生问题：

动作/追逐场景

快速的相机移动
直升机镜头
无人机拍摄（尤其是快速移动）

照明技术

高频 LED 面板（混叠）
荧光灯（50Hz 闪烁）

VFX 和跟踪

基于标记的动作捕捉
后期透视校正

快速物体运动

下落的物体
旋翼叶片
滚动的车轮

滚动快门在实践中的应用

前期制作

需要回答的问题：

将使用哪种相机？（了解滚动快门的特性）
计划的相机移动速度有多快？
是否有可能出现问题的动作序列？
是否计划使用无人机？（极端滚动快门）

提前规划解决方案：

如果计划快速摇摄：

选项 A：选择滚动快门最小的相机
 → ARRI Alexa 35（最佳）
 → RED Komodo（良好）
 ✗ Sony FX30（滚动快门明显）

选项 B：更高的帧率
 → 拍摄 60fps 而不是 24fps（滚动快门减少 4 倍）
 → 但：存储空间增加 2.5 倍，运动看起来不自然

选项 C：调整场景的运动设计
 → 使用平滑的运动而不是快速摇摄
 → 使用变焦而不是平移（变焦不显示果冻效应）

拍摄

1. 规划相机移动：

场景：狭窄巷道中的追逐（动作）

问题：需要快速摇摄
解决方案 1：更高的帧率
 - 正常拍摄 24fps + 为动作片段拍摄 60fps
 - 后期：将 60fps 时间拉伸到 24fps（慢动作效果）

解决方案 2：使用稳定器
 - 云台而非手持（更平滑的运动）
 - 遥控云台（非常精确，可控的运动）

解决方案 3：使用推轨而非手持
 - 平滑、有计划的运动 = 更少的滚动快门
 - 摄影指导获得更多控制

2. LED 照明：

场景：带有现代 LED 面板的演播室

问题：特定频率下的 LED 无 PWM = 闪烁 + 混叠

解决方案：
 ✓ 使用高频 PWM LED（100+ kHz）
 ✓ 将 LED 频率与帧率匹配
 ✓ 或者：在 50Hz 频率下，拍摄 50fps（或 100fps）

3. 无人机拍摄：

DJI Mavic 3（极端滚动快门）：

快速无人机移动：
 - 明显的果冻效应
 - 通常无法避免

最佳实践：
 ✓ 缓慢、平滑的运动
 ✓ 使用变焦而不是平移
 ✓ 或者：使用基于云台的专业无人机（Freefly）

后期制作

后期滚动快门校正：

变形稳定器 / 光流法

 Adobe Premiere / After Effects：
 效果 > 变形 > 变形稳定器

 - 可以平滑轻微的变形
 - 仅适用于轻度效果
 - 可能导致新的伪影

专用滚动快门校正软件

 - ReelSteady（无人机拍摄）
 - Gyroflow Toolbox
 - 3D 相机跟踪器 + 畸变校正

抠像和逐帧校正

 对于极端情况：
 - 基于节点校正（Nuke, Fusion）
 - 但非常耗时
 - 不能作为标准使用

滚动快门与全局快门

直接比较

方面	滚动快门	全局快门
果冻效应	是，在快速运动时	否
扫描时间	5-30毫秒	0毫秒（所有像素同时曝光）
价格	更便宜	贵 30-50%
传感器尺寸	可紧凑	需要更大的传感器
感光度	更好的信噪比	略差
可用性	标准	仍然稀少（2024-2026）
动作场景适用性	差	极佳
慢动作	微妙的伪影	完美

全局快门相机（2024-2026）

新兴技术：

SONY BURANO（2024 年起）：
 - 全局快门（！）- 首款专业电影摄影机
 - 但：发热量极大
 - 非常昂贵

Panasonic LUMIX GH7（2024）：
 - 滚动快门，但算法已改进

Canon EOS R8（2023）：
 - “电子全局快门”模式
 - 非真正的全局快门，而是算法

电影制作的实用经验法则

滚动快门可接受度矩阵：

┌─────────────────────────────────────────┐
│ 相机运动 / 类型 │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 剧情片（缓慢）→ RS 可接受 │
│ 惊悚片（中等）→ RS 有问题 │
│ 动作片（快速）→ RS 不可接受 │
│ 纪录片（可变）→ 取决于场景 │
│ 慢动作（60fps+）→ RS 最小化 │
│ 手持/伪纪录片 → RS 不可见 │
│ （符合美学） │
└─────────────────────────────────────────┘

特例

无人机与滚动快门

无人机存在极端的滚动快门问题：

DJI Mavic 3（消费级无人机）：
 - 传感器非常小
 - 扫描时间非常快
 - 任何快速运动都会出现果冻效应
 → 不适合电影制作

专业 Freefly Astro（专业无人机）：
 - 传感器更大
 - 更好的处理能力
 - 云台稳定运动（效果更小）
 → 适用于电影制作

相机稳定与滚动快门

有趣的是：机身内置稳定器可能会加剧滚动快门效应：

ARRI Alexa Mini 配合 EIS（电子图像稳定）：
 - 相机通过数字方式补偿运动
 - 这可能导致额外的变形
 - 许多摄影指导会故意禁用 EIS

慢动作与滚动快门

场景：球下落 1 米（正常慢动作）

24fps 全局快门：
 球看起来平滑，运动清晰

120fps 滚动快门：
 - 球被半曝光（扫描时间短）
 - 滚动快门效应最小
 - 视觉上更干净！

悖论：更高的帧率降低了滚动快门效应，
但 120fps 的慢动作看起来“不自然”

参见

全局快门 – 滚动快门的替代方案
快门速度 – 曝光时间
帧率 – 每秒帧数
运动模糊 – 运动造成的模糊
ARRI Alexa – 滚动快门特性
RED Komodo – 滚动快门分析

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