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标题: 电子取景的本质滞后问题 [打印本页]

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 03:52
标题: 电子取景的本质滞后问题
本帖最后由晨枫于 2015-8-22 08:09 编辑

曾几何时，照相机都是有取景器的。取景器不仅取景，还是对焦的主要工具。随着自动对焦的普及和可靠，取景器的对焦功能越来越弱化了，大体上只剩下取景功能了。只要取景的话，电子取景器是真正的“所见即所得”，而且可以叠加各种效果，更重要的是具有成本优势，受到普遍欢迎。但电子取景器没有取代光学取景器，也不可能取代光学取景器，最大原因在于电器取景器的本质滞后问题。

除了光线以每秒30万公里的速度穿越透镜所需要的时间，光学取景器是没有滞后的。电子取景器就不同了。电子取景器需要经过摄像、处理、成像三个大步骤，才能把图像呈现在电子取景器内。

与电视机一样，取景器里的成像也是不连贯的，靠人类的视觉暂留现象达到连续图像的感觉。典型帧频有60赫兹、120赫兹甚至240赫兹，也就是说，每秒刷新60次、120次、240次。最新的LED电视机大多是120赫兹和240赫兹的，但信号源依然是30赫兹（progressive）或者60赫兹（interlaced），多出来的帧幅是用数字内插合成出来的。离散系统理论里最基本的一条就是，采样系统具有至少一个采样周期的本质滞后。断续的刷新使得显示有本质滞后，60赫兹的本质滞后为100毫秒，120赫兹为50毫秒，240赫兹为25毫秒。这是不可能避免的。如果信号源是30赫兹，系统本质滞后就不可能低于200毫秒。应该注意：30赫兹progressive和60赫兹interlaced的信息量是一样的，progressive是一遍从头扫描到底，interlaced是第一遍扫描奇数行，第二遍扫描偶数行，两幅一行隔一行的画面拼成一幅完整的画面。

民用电视信号是30赫兹progressive或者60赫兹interlaced，民用电视摄像机正是信号源，但这不等于电子取景器必须用30赫兹progrssive或者60赫兹interlaced，完全可以提高，比如说120赫兹progressive或者240赫兹interlaced。但这只是缩小了摄像的本质滞后，降低到50毫秒。全系统滞后实际上是摄像滞后加上处理滞后加上显示滞后。如果是120赫兹摄像和240赫兹成像，那就是不算处理滞后也有75毫秒。但处理是有滞后的。每一个像素只能感受到光强，不能感受到颜色，必须用三个相邻的像素分别接受三原色通道的光强，有时还加上第四个白光通道，然后由成像处理系统把三个（或者加上白光通道的第四个）图像叠加起来，才能形成彩色图像。这只是图像还原，还没有任何处理，再要加上图像处理（比如起码的降噪、锐化、日光或者灯光色彩校正等），需要花的时间更长。现实地说，算上处理滞后，可能达到100毫秒的滞后。

大幅度提高实际帧频是很困难的，传输带宽和处理能力都是问题。4K电视依然是60赫兹，哪怕直接用有线连接蓝光放像也是一样。对于电子取景来说，在可预见的将来100毫秒依然是很高的目标，实际上做不到。

100毫秒的滞后是什么概念呢？如果物体以100公里/小时的速度直线匀速运动，一秒钟就移动约28米，100毫秒的位移是2.8米。也就是说，取景器里看到的位置与实际位置可以相差2.8米。如果是直线匀速运动，怎么弄都问题不大；如果是变线变速运动，就要看拍摄位置了。如果从100米外追踪拍摄，这点差别问题不大，不至于丢了目标；如果在10米外拍摄，很可能就会丢失目标。

作为参照，F -35使用的头盔显示系统具有130毫秒的滞后时间，给飞行员造成很大的头痛。飞行员头部迅速转动，但显示的结果是130毫秒以前的位置，对大脑造成很大的混淆，非常容易产生头晕。这是现代电子显示技术的最高水平，没有之一。民用照相机要达到这个水平，还要在成本可接受范围，在可预见的将来做不到。

电子显示还有亮度和反光问题，尤其是强光直射下使用背屏的时候。现在的一个趋势是使用EVF，像传统取景器那样一个小窗，里面实际上是一个微型电视机，但眼睛凑近了看，可以避免屏面反光问题。但这又多出来一堆新的问题。

这不是说电子取景不好，电子取景是好的，可以叠加很多效果（水平线、各种画面效果），对于大多数家庭、旅游摄影，滞后不是问题，强光也可以用很多办法避免，但对于专业摄影（体育、新闻、科技、婚纱）来说，取景滞后就是致命的，是避尤不及的，尤其在有现成成熟技术可以避免的情况下。

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上面帧频导致的本质滞后算错了（多谢老燕指出），60赫兹应该是17毫秒，以此类推。但处理造成的滞后实际上是很大的。DC按下快门后存片的时间大部分就是处理滞后（包括写flash）。照片的像素高，EVF的像素低，问题的“量”不一样，但“质”是一样的。

作者: tanis 时间: 2015-8-22 05:45
可以向Iphone学习，用个高速缓存把一秒内的画面都存下来，然后算出按下快门的时候是哪一副画面

作者: 三力思 时间: 2015-8-22 05:51
本帖最后由三力思于 2015-8-22 05:53 编辑

100毫秒的滞后是什么概念呢？如果物体以100公里/小时的速度直线匀速运动，一秒钟就移动约28米，100毫秒的位移是2.8米。也就是说，取景器里看到的位置与实际位置可以相差2.8米。如果是直线匀速运动，怎么弄都问题不大；如果是变线变速运动，就要看拍摄位置了。如果从100米外追踪拍摄，这点差别问题不大，不至于丢了目标；如果在10米外拍摄，很可能就会丢失目标。

人肉眼也跟不上100公里/小时，10米外的物体。 3D眼镜系统升到60赫兹时，抱怨的人就少了。

作者: 雨楼 时间: 2015-8-22 07:00
本帖最后由雨楼于 2015-8-21 18:32 编辑

裸眼视觉残留就有1秒（修正啊，晨枫纠错了，查了一下，偶记错了，0.1-0.4秒），所以只要比人眼快就行。目前没感觉电子取景器不够用。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 07:25

tanis 发表于 2015-8-21 15:45
可以向Iphone学习，用个高速缓存把一秒内的画面都存下来，然后算出按下快门的时候是哪一副画面 ...

这还是解决不了实时跟踪拍摄的问题。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 07:27

三力思发表于 2015-8-21 15:51
人肉眼也跟不上100公里/小时，10米外的物体。 3D眼镜系统升到60赫兹时，抱怨的人就少了。 ...

这只是用极端情况说明问题。还是那句话，对于大多数人来说，电子取景的滞后不是问题；对于体育、新闻等专业摄影的人来说，电子取景的滞后是不可容忍的。要是不信，看看多少体育、新闻摄影的人用Sony的A系列吧。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 07:28

雨楼发表于 2015-8-21 17:00
裸眼视觉残留就有1秒，所以只要比人眼快就行。目前没感觉电子取景器不够用。 ...

一秒的视觉残留！这眼睛怕是有问题了。

作者: 雨楼 时间: 2015-8-22 07:32

晨枫发表于 2015-8-21 18:28
一秒的视觉残留！这眼睛怕是有问题了。

已经更正

作者: 雨楼 时间: 2015-8-22 07:35

晨枫发表于 2015-8-21 18:27
这只是用极端情况说明问题。还是那句话，对于大多数人来说，电子取景的滞后不是问题；对于体育、新闻等专 ...

A系列就不是干那个活的。
都拎着土炮了，谁还在乎个多3，5斤选个专业级的机身啊？

作者: fcboliver 时间: 2015-8-22 08:32
晨大的贴总是那么涨姿势，不过别忘了当代摄影由于没有胶卷张数的限制，都用连拍了。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 08:58

雨楼发表于 2015-8-21 17:35
A系列就不是干那个活的。
都拎着土炮了，谁还在乎个多3，5斤选个专业级的机身啊？ ...

本来就是从电子取景是否会取代光学取景开始的嘛

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 08:58

fcboliver 发表于 2015-8-21 18:32
晨大的贴总是那么涨姿势，不过别忘了当代摄影由于没有胶卷张数的限制，都用连拍了。 ...

连拍不解决取景滞后的问题啊

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 09:00

雨楼发表于 2015-8-21 17:32
已经更正

0.1-0.4秒也长了，每秒3-5幅就构成连续画面了？除非我们说的不是一回事。

作者: 懒厨 时间: 2015-8-22 09:43
这个就是我苦等富士出全画幅的原因了。。。。

虽然不是用在体育等题材方面，富士的混合式取景器真的很有特色，把一些信息投影在光学取景器上，算是两全其美了，不知道为啥其他几家的没有跟进。

莱卡的Q，如果有这个，就完美了，唉。。。。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 09:45

懒厨发表于 2015-8-21 19:43
这个就是我苦等富士出全画幅的原因了。。。。

虽然不是用在体育等题材方面，富士的混合式取景器真的很有特 ...

Nikon的DSLR也有这样的功能，至少能投射网格线。

作者: 雨楼 时间: 2015-8-22 09:51

晨枫发表于 2015-8-21 20:00
0.1-0.4秒也长了，每秒3-5幅就构成连续画面了？除非我们说的不是一回事。

按快门是有预测的，大脑通过视觉传递过来的信息预判，然后动作。

作者: 懒厨 时间: 2015-8-22 10:04

晨枫发表于 2015-8-22 09:45
Nikon的DSLR也有这样的功能，至少能投射网格线。

那是我孤陋寡闻了。

除了网格，我的X100还有两个很实用的投射，一个是水平线，另一个是对焦距离，由于自动对焦偶尔出错，这个让我很容易纠正。

尼康的不知有没有类似的？

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 10:10

懒厨发表于 2015-8-21 20:04
那是我孤陋寡闻了。

除了网格，我的X100还有两个很实用的投射，一个是水平线，另一个是对焦距离，由于自 ...

Nikon有投影水平线，对焦线不知道有没有。Canon什么投影都没有，这帮不思进取的家伙！

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 10:10

雨楼发表于 2015-8-21 19:51
按快门是有预测的，大脑通过视觉传递过来的信息预判，然后动作。

你这个要求就是专业的人也难以可靠做到。很多情况下是突发情景，转瞬即逝，你怎么预测？

作者: 懒厨 时间: 2015-8-22 10:43

晨枫发表于 2015-8-22 10:10
Nikon有投影水平线，对焦线不知道有没有。Canon什么投影都没有，这帮不思进取的家伙！ ...

那很不错，我得找机会试试，说不定就不等富士了！

忘了说，X100还有一个投射是关于曝光的，很容易让我知道是否过曝，

如果尼康的这几个都齐了，我真的就不等富士了。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 11:56

懒厨发表于 2015-8-21 20:43
那很不错，我得找机会试试，说不定就不等富士了！

忘了说，X100还有一个投射是关于曝光的，很容易让我知 ...

曝光是指histogram吗？不知道Nikon是否可以在取景器里显示？叛党的东西，了解得不多。呃，其实Canon新DSLR的东西我也不知道，我只有5D2和1D4，那个时代的功能我还了解些。对我已经够用了，可能不用到这两个相机散架，不会换新的了。

作者: 雨楼 时间: 2015-8-22 14:49

晨枫发表于 2015-8-21 21:10
你这个要求就是专业的人也难以可靠做到。很多情况下是突发情景，转瞬即逝，你怎么预测？ ...

别忘了大脑指令传递到肌肉的时间。尤其反射弧长的

作者: 丁丁咚 时间: 2015-8-22 18:18

懒厨发表于 2015-8-22 10:04
那是我孤陋寡闻了。

除了网格，我的X100还有两个很实用的投射，一个是水平线，另一个是对焦距离，由于自 ...

请问这个投射是什么意思啊？帮助对焦吗？

作者: 燕庐敕 时间: 2015-8-22 19:15
断续的刷新使得显示有本质滞后，60赫兹的本质滞后为100毫秒，120赫兹为50毫秒，240赫兹为25毫秒。这是不可能避免的。如果信号源是30赫兹，系统本质滞后就不可能低于200毫秒？？？

60赫兹，每个周期是1/60=16.67 ms，在这段时间，根据奈奎斯特准则采样至少要>2点（其实这样复原的相频响应是有相位差别的），我非常怀疑前面所说的

采样系统具有至少一个采样周期的本质滞后

在我看来一个恐怕是远远不够的，就算数学上，这个也只是复原了信号的幅频响应而非相频---单频正弦信号的情况下。所以才有100ms，六个信号周期了。这是我的理解，不然一个周期才17毫秒。

作者: 懒厨 时间: 2015-8-22 20:04

晨枫发表于 2015-8-22 11:56
曝光是指histogram吗？不知道Nikon是否可以在取景器里显示？叛党的东西，了解得不多。呃，其实Canon新DSL ...

嘻嘻，还是看这里直接：Hybrid Viewfinder

用惯了这个，不用它还真不习惯。

作者: 懒厨 时间: 2015-8-22 20:09

丁丁咚发表于 2015-8-22 18:18
请问这个投射是什么意思啊？帮助对焦吗？

可以看这个：Hybrid Viewfinder

链接里面，风景是透过光学取景器看到的，同时那个框框，水平线，曝光，光圈等信息，是投射上去的，原理就象现在的汽车的所谓抬头显示（HUD)。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 21:38

雨楼发表于 2015-8-22 00:49
别忘了大脑指令传递到肌肉的时间。尤其反射弧长的

显然这些延迟都短于电子取景的滞后，否则就感觉不到了。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 21:44

懒厨发表于 2015-8-22 06:09
可以看这个：Hybrid Viewfinder

链接里面，风景是透过光学取景器看到的，同时那个框框，水平线，曝光， ...

哦，除了histogram（那个山峰一样的图案），其他都是典型配置了，做法不同罢了。

作者: 晨枫 时间: 2015-8-22 22:02

燕庐敕发表于 2015-8-22 05:15
断续的刷新使得显示有本质滞后，60赫兹的本质滞后为100毫秒，120赫兹为50毫秒，240赫兹为25毫秒。这是不可 ...

呃，你是对的，我把采样造成的本质延迟算错了。也就是说，处理延迟对系统滞后的贡献要大得多。不过你说的香农定理是信号复现用的，与一个采样周期的本质滞后不是一回事。基本采样系统动态方程总是这样的：

y(k+1)=a*y(k)+b*u(k)

这个k+1就是一步前推，反过来就是一步滞后。不可能有这样的：

y(k+1）=a*y(k)+b*u(k+1)

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