ローリング シャッターは、静止画 (スチル カメラ) または動画の各フレーム (ビデオ カメラ) を、ある瞬間にシーン全体のスナップショットを撮るのではなく、シーン全体を垂直、水平、または回転方向に高速でスキャンすることによってキャプチャする画像キャプチャ プロセスです。したがって、シーンの画像のすべての部分が同時に記録されるわけではありませんが、再生時には、シーンの画像全体が、あたかもそれがある瞬間を表しているかのように一度に表示されます。これにより、ローリング シャッター効果と呼ばれる、高速で移動する物体や光の急速な点滅に予測可能な歪みが生じます。このプロセスは、フレーム全体が同時にキャプチャされるグローバル シャッターとは対照的です。
ローリングシャッターは機械式と電子式があります。[ 1 ] [ 2 ]この電子ローリングシャッターの利点は、画像センサーが取得プロセス中に光子を継続的に収集できるため、感度が効果的に向上することです。CMOSセンサーを搭載した多くのデジタルスチルカメラやビデオカメラに搭載されています。その効果は、極端な動きや光の高速点滅を撮影する際に最も顕著です。一部のCMOSセンサーはグローバルシャッターを使用していますが、 [ 3 ]民生用市場で販売されているほとんどのCMOSセンサーはローリングシャッターを使用しています。
CCD（電荷結合素子）は、一般的に感度が高く高価であるCMOSセンサーの代替として用いられます。CCDベースのカメラでは、多くの場合グローバルシャッターが用いられます。グローバルシャッターは、時間における「相対的な」瞬間を表すスナップショットを撮影するため、ローリングシャッターによるモーションアーティファクトの影響を受けません。[ 4 ]
歪み効果
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ローリングシャッターは次のような影響を引き起こす可能性がある: [ 5 ]
- ウォブル。この現象（ジェロ効果とも呼ばれる）は、カメラが振動しているとき、望遠設定で手持ち撮影をしたとき、または走行中の車から撮影したときなどに発生します。ローリングシャッターにより、画像が不自然に揺れます。
- スキュー。カメラまたは被写体が左右に動くと、画像が斜めに傾き、異なるタイミングで異なる部分が露出されます。スキューは、前述の揺れ現象の軽微な現れです。
- 空間エイリアシング。カメラまたは物体の動きが速すぎる場合、垂直方向に隣接するピクセルがサンプリング定理に反してサンプリングされます。一例として、高速回転するプロペラの撮影が挙げられます。各ブレードのスミアは、プロペラの回転速度とカメラがフレームを読み取る速度が同じかそれに近い速度で回転することによって発生します。時計回りに回転するファンに垂直に見ると、左側のブレードは通常よりも薄く、右側のブレードは厚く見え、中央でつながっていないように見えることもあります。
- 時間的なエイリアシング（部分的な露出を含む）。カメラのフラッシュが露出時間の一部のみで点灯すると、特定のフレーム内の一部のピクセル行にのみフラッシュの光が当たることがあります。たとえば、画像の上部 1/3 はフラッシュによって明るく照らされているのに、下部 2/3 は暗く光が当たらない場合があります。これは、CMOS のその部分がシーケンスされた時点でフラッシュがオフになっていたためです。フレームの 2 つの異なる部分の違いが奇妙に見えることがあります。同様の問題は、蛍光灯、ストロボ効果、稲妻、または CMOS チップがフレームを連続的に記録する間に非常に速い動きや非常に速い光のバーストが見られるような極端な状況でも発生する可能性があります。
ローリングシャッターの影響は、視覚効果の撮影において問題となる場合があります。マッチムービングのプロセスでは、単一の時点に基づいてシーンの遠近感を決定しますが、同一フレーム内に複数の時点が存在するローリングシャッターでは、これが困難になります。最終的な結果は、センサーの読み出し速度と撮影シーンの性質に依存します。一般的に、ハイエンドのシネマカメラは読み出し速度が速く、ローエンドのカメラよりもローリングシャッターアーティファクトが少なくなります。
ローリングシャッター歪みの影響を受けた画像や動画は、ローリングシャッター補正（ローリングシャッター補正）アルゴリズムによって改善できます。その方法については、現在も活発に研究が進められています。[ 5 ]
この効果は特定のスマートカードリーダーから秘密鍵を取得するために使用することができます。[ 6 ] [ 7 ]
- 部分的な露出を示す写真。写真の上部と下部の露出の間で照明条件が変化しました。
回転するディスク上のローリング シャッターのシミュレーション効果(アニメーションを見るにはクリック)- 時速80km（50mph）で走行する車から撮影した写真の歪み。フェンスや門などの手前の物体は歪んで見えますが、崖などの背景にある遠くの物体はそのままです。
- 1912 年のフランス自動車クラブグランプリで見られる同様の例
- ユーロコプターEC-120ヘリコプター – ローリング シャッター効果により、ローター ブレードが通常よりも後方に傾いているように見えます。
参照
注記
- ^ 「電子シャッター：ローリングシャッターとグローバルシャッター」（PDF） Motionvideoproducts. 2012年2月15日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2011年12月22日閲覧。
- ^ 「CCDおよびCMOSイメージセンサーのシャッター操作」 Kodakイメージセンサーソリューションズ。 2012年3月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「TrueSNAPシャッターが高速移動物体をフリーズ」（PDF） Eric Fossum. 2013年11月13日. 2013年11月13日閲覧。
- ^ 「CCDかCMOSか、それが問題だ | B&H Photo Video Pro Audio」 Bhphotovideo.com。2011年7月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2010年8月21日閲覧。
- ^ a bフォルセン、ペール・エリック;リンガビー、エリック。ヨハン・ヘドボルグ（2012年6月17日）。「ローリング シャッター カメラのコンピューター ビジョン」。リンシェーピング大学。2025 年7 月 22 日に取得。
- ^ 「ビデオベースの暗号解析」ベン・ナッシ。2023年8月13日閲覧。
- ^ Power LED Attack - Computerphile 、 2023年8月13日閲覧
外部リンク
