Механический и электронный затвор

Гид для начинающих фотографов

Если вы только начинаете свой путь в фотографии, вы могли слышать странные термины в настройках камеры: «механический затвор», «электронный затвор» и некий гибридный «электронно-механический».
Что это значит и почему производители оснащают камеры двумя разными системами?
Давайте разберемся просто и без лишней сложности.

Что такое затвор и зачем он вообще нужен?

Представьте себе окно. Свет из него постоянно попадает в комнату (на матрицу вашей камеры). Если просто оставить окно открытым на долгое время, комната переполнится светом, и детали будут потеряны.
Затвор — это своеобразные шторы на этом окне.

Его главная задача — точно дозировать количество света, которое попадает на матрицу камеры.
Он открывается на строго определенное время (выдержку), пропускает свет для создания кадра и закрывается.
Без него мы не могли бы контролировать экспозицию.

Теперь посмотрим, как работают два типа этих «штор».

Механический затвор: Классика жанра

Как это работает?
Это физическое устройство из двух шторок (или ламелей), расположенных прямо перед матрицей. Когда вы нажимаете на кнопку спуска:

1. Первая штора опускается, открывая доступ свету к матрице.
2. Через время, равное выдержке, вторая штора начинает двигаться, закрывая матрицу.

Этот процесс создает тот самый характерный щелчок, который ассоциируется с фотоаппаратом.

Плюсы ✅:

• Естественное изображение: Матрица считывает информацию последовательно, но очень быстро, что дает привычное и естественное изображение без артефактов.
• Отсутствие искажений: Не создает искажений (rolling shutter) на быстродвижущихся объектах (например, мяч в полете, лопасти вертолета).
• Синхронизация со вспышкой: Позволяет использовать вспышку на коротких выдержках (ограниченных скоростью синхронизации камеры, обычно 1/200 - 1/250 с).

Минусы ❌:

• Ограничение по скорости: Максимальная скорость затвора обычно составляет 1/4000 или 1/8000 с, что может быть недостаточно для съемки при очень ярком свете на открытой диафрагме.
• Вибрация и шум: Механическое движение создает легкую вибрацию (шевеленку) и слышимый щелчок, что мешает при съемке дикой природы, в тихих помещениях или на длинных телеобъективах.
• Износ: Механические части имеют ограниченный ресурс срабатываний (например, 150-500 тысяч).
• Скорость серийной съемки: Скорость непрерывной съемки ограничена тем, как быстро затвор может физически открываться и закрываться.

Электронный затвор: Цифровая революция

Как это работает?
Здесь нет движущихся частей. Матрица камеры включается и выключается электронным способом.
Но ключевой момент заключается в том, что она включается не вся сразу, а построчно.

Почему построчно?
Технически считать данные сразу со всех миллионов пикселей матрицы одновременно — очень сложная и дорогая задача.
Это потребовало бы отдельного проводника для каждого пикселя, что сделало бы камеру огромной, дорогой и "прожорливой".
Поэтому используется эффективная и экономичная схема: пиксели считываются последовательно, строка за строкой.
Этот процесс называется мультиплексированием.

Представьте, что вы читаете книгу: вы ведете пальцем по строкам, а не видите всю страницу целиком и сразу.
Именно так «видит» кадр матрица при использовании электронного затвора.
Эта технология также известна как Rolling Shutter ("катящийся" или "скользящий" затвор).

Плюсы ✅:

• Полная тишина: Идеален для съемки свадеб, уличной фотографии, дикой природы и любых ситуаций, где шум нежелателен или недопустим.
• Высокая скорость: Позволяет использовать сверхкороткие выдержки (вплоть до 1/32000 с!). Это помогает снимать на светосильную оптику при ярком солнце без использования нейтрального фильтра (ND).
• Скорость серийной съемки: Кадры можно снимать с огромной скоростью, так как нет механического ограничения.
• Нет вибрации: Идеален для макросъемки и съемки на длинных выдержках с телеобъективом, где любая вибрация губительна.
• Не изнашивается: Отсутствие механики означает, что ресурс камеры не тратится.

Минусы ❌:

• Артефакт сканирования (Rolling Shutter): Самый главный недостаток, вытекающий из принципа работы. Поскольку данные считываются построчно, быстродвижущиеся объекты или быстрое движение камеры могут искажаться. Пример: вращающиеся пропеллеры изгибаются, форма мяча может искажаться.
• Стробинг и полосы: При съемке под искусственным освещением (лампы, светодиоды) могут появляться мерцание и темные полосы из-за несовпадения частоты считывания матрицы и частоты мерцания света.
• Ограничения со вспышкой: может быть несовместим с обычными внешними вспышками.

Электронный затвор по первой шторке (EFCS): Золотая середина

Многие камеры предлагают гибридный режим, который сочетает лучшее из двух миров.

Как работает: Первая штора открывается электронно (без вибрации), а закрывается механически. Это устраняет вибрацию от срабатывания затвора в начале экспозиции, что критично для резкости.

Когда использовать: Это отличный компромисс для большинства повседневных съемок, особенно на выдержках от 1/2 до 1/500 с. Устраняется вибрация, сохраняется возможность синхронизации со вспышкой и нет артефактов Rolling Shutter.

Будущее уже здесь: Global Shutter (Глобальный затвор)

Долгое время главный недостаток электронного затвора (артефакт rolling shutter) считался неизбежной платой за его преимущества.
Но технология не стоит на месте.

Что такое Global Shutter?
Это следующий шаг в эволюции затворов. В матрице с глобальным затвором каждый пиксель имеет собственную ячейку памяти.
В момент съемки:

1. Все пиксели одновременно начинают записывать свет.
2. По истечении выдержки все одновременно прекращают запись.
3. Затем полученные данные последовательно, построчно, считываются из памяти каждого пикселя.

Преимущества Global Shutter:

• Полное отсутствие искажений Rolling Shutter. Движущиеся объекты всегда остаются геометрически точными.
• Съемка со вспышкой на любых выдержках (даже на сверхкоротких 1/80000с!).
• Все преимущества электронного затвора: бесшумность, отсутствие вибрации и износа.

Недостатки и текущие ограничения:

• Высокая стоимость производства таких матриц.
• Снижение светочувствительности и динамического диапапана: Ячейка памяти отнимает часть площади пикселя, что может приводить к немного более высокому уровню шума (хотя эта проблема быстро решается инженерами).

Какие камеры имеют Global Shutter?
Пока это в основном премиальные и специализированные решения:

• Sony a9 III — первый в мире полнокадровый фотоаппарат с глобальным затвором, созданный для профессионального спорта и репортажа.
• Профессиональные кинокамеры (Sony Venice, Red Komodo/V-Raptor, ARRI): здесь global shutter уже давно является стандартом для высокобюджетных проектов.
• Промышленные и научные камеры для машинного зрения и высокоскоростной съемки.

Эта технология активно развивается, и в ближайшие годы мы обязательно увидим ее в более доступных камерах.

Сводная таблица: Что и когда использовать?

Итог

Производители не зря оснащают камеры разными типами затворов.
Каждый из них — это инструмент под конкретную задачу.

• Механический — надежный, универсальный, но шумный и ограниченный в скорости.
• Электронный (Rolling Shutter) — тихий, сверхбыстрый, но с потенциальными артефактами на динамике.
• Гибридный (EFCS) — умный компромисс для большинства ситуаций.
• Global Shutter — будущее, которое уже наступило, но пока еще для профессионалов и энтузиастов с большим бюджетом.