Global vs Rolling Shutter
Una de las características en la que menos nos fijamos a la hora de elegir una cámara 360 es en el shutter u obturador, debido a que más del 95% de las cámaras 360 grados del mercado, tienen un sensor CMOS con Rolling Shutter u obturador rodante.
Si alguna vez os ha dado por grabar o sacarle una foto a algún objeto moviéndose muy rápido con vuestros móviles, probablemente os habrá pasado algo como esto:
La causa es una distorsión creada por un obturador rodante que os explicamos a continuación.
A diferencia de las cámara que usan sensores CCD que cuenta con un obturador global, la mayoría de las que usan sensores CMOS utilizan un obturador rodante, es decir, en vez de capturar la imagen de una vez se va escaneando progresivamente bien vertical u horizontalmente.
Con la anterior definición, os estaréis haciendo más o menos una idea de la diferencia, pero, vamos a verlo en más detalle:
Obturador mecánico
En una cámara de cine el Shutter es un espejo mecánico que gira sobre sí mismo. Mientras rota los 360 grados por cada exposición, se alterna cubriendo y descubriendo la ventanilla por la que se expone la película durante un tiempo delimitado. Las RPM (revoluciones por minuto) del shutter se fijan mecánicamente y se determinan en función de los fotogramas por minuto que vas a grabar, y el tiempo de exposición se decide en función del ángulo que tenga el shutter.
Obturador rodante (Rolling Shutter)
En las cámaras que utilizan el Rolling Shutter, los datos se leen desde la parte de arriba del sensor a la parte de debajo antes de ser reseteado para la próxima exposición del fotograma.
El rolling shutter puede mostrar una inclinación notable con las líneas verticales que aparecen dentro de la imagen tanto si la cámara se mueve como si el sujeto se mueve rápido dentro del encuadre. Esto puede crear artefactos de movimiento no deseados y deformar toda la imagen, si el sensor de lectura es particularmente lento y hay un movimiento muy rápido dentro de la imagen.
Veamos un vídeo explicatorio:
Obturador Global (Global shutter)
Un obturador global difiere de un rolling shutter en que al final de la exposición completa del fotograma, la luz es bloqueada completamente a lo largo del sensor. De una vez, los datos son leídos, y después se resetea para la próxima exposición.
Un shutter global preserva la perfecta alineación vertical de las líneas verticales o de objetos moviéndose horizontalmente dentro del encuadre. Sin embargo, la sensación de movimiento puede ser realmente distinta.
Dependiendo de cómo se implementa un shutter global, puede haber un pequeño coste en la luz (factor de relleno) y también un rango dinámico cuando se compara con un rolling shutter.
Ángulo del shutter
El ángulo de obturación es un término que se refiere al ángulo físico. Este ángulo indica, durante cuanto tiempo está abierto un obturador mecánico que gira. El ángulo de apertura, determina la duración de la exposición; al tiempo que el obturador gira.
El ángulo de obturación controla también el nivel de borrosidad que tenga el movimiento. Cuanto mayor sea la exposición, más desenfoque de movimiento, y cuanto más corta sea la exposición, más nítidos aparecerán los objetos en movimiento.
Puede ser calculado fácilmente como fracciones de segundo en tiempo de exposición.
Tiempo de exposición (1/x segundos)= cuadros por segundo x (360/ ángulo de obturación)
Por ejemplo, en una grabación a 24fps y usando un ángulo de obturación de 180º (180º es lo normal)(*)
180º: 24x(360/180)=1/48 avo de segundo.
Aquí una tabla calculada para 24fps con ángulos de obturación por encima de 220º:
15º:1/576 segundos.
20º:1/432 segundos.
40º:1/216 segundos.
60º:1/144 segundos
80º:1/108 segundos
100º:1/86 segundos
120º:1/72 segundos
140º: 1/62 segundos
160º: 1/54 segundos
180º: 1/48 segundos
200º: 1/43 segundos
220º: 1/39 segundos.
Cualquier cambio en el ángulo de obturación cambia también el tiempo de exposición, y necesita ser compensado con un cambio en la apertura del diafragma que afectará a la profundidad de campo. Pero si no quieres que la profundidad de campo se vea afectada, la única opción que te quedaría es añadir filtros ND (si reduces la luz para compensar un tiempo de larga exposición) o incrementas los actuales niveles de luz que tiene la escena (si quieres compensar que tienes un tiempo de exposición más corto).
Si consideramos los 180º como el ángulo básico (normal) como “Una exposición correcta” la siguiente tabla de compensación se aplica.
197-200 cierra 1/4
166-196 exposición correcta
148-165 abre 1/4
135-147 abre 1/3
121-134 abre 1/2
111-120 abre 2/3
99-110 abre 3/4
83-98 abre 1pt
74-82 abre 11/4
68-73 abre 11/3
61-67 abre 11/2
56-60 abre 12/3
50-55 abre 13/4
42-49 abre 2 pts
37-41 abre 2 1/4
34-36 abre 2 1/3
31-33 abre 2 1/2
28-30 abre 2 2/3
25-27 abre 2 3/4
22.5-24 abre 3 ptos.
Grabación a distinto número de fotogramas
Ten en cuenta cómo las altas velocidades de fotogramas influyen en la exposición (y en las luces que necesitarás)
Para muchas cámaras, independientemente del sensor que tengan, o de quien las fabrique, se cumplen las mismas reglas, ya que es una simple cuestión de matemáticas.
Cada vez que duplicas el número de fotogramas por segundo, estás reduciendo a la mitad el tiempo de exposición para cada uno de los cuadros… y dividiendo a la mitad la cantidad de luz que llega al sensor.
Por ejemplo, asumamos un ángulo de obturación “normal” de 180º.
A 24fps (fotogramas por segundo), con el ángulo de obturación a 180º nos da un tiempo de exposición de 1/48 avo de segundo.
Si doblamos los fotogramas por segundo hasta 48, con el mismo ángulo de obturación, estamos dividendo por la mitad el tiempo de exposición hasta 1/96avo de segundo. Conclusión: Hemos perdido 1 punto de luz y eso que sólo son 48 fps.
Así que se puede observar que estamos perdiendo un punto de luz cada vez que doblamos la velocidad de fotogramas.
Perder un punto de luz no es una pequeña cantidad de luz. Cada punto de luz que se pierde es la mitad de luz (1stop perdido= 1/2 de luz).
Así como un cambio en el ángulo de obturación a una velocidad normal, afecta al tiempo de exposición y requiere de una compensación que se hará con la abertura del diafragma del objetivo o con un aumento de la iluminación, las velocidades altas de fotogramas requieren aún una mayor compensación, más allá de la apertura del diafragma de la lente.
Esto significa que si tienes suficiente luz para una correcta exposición con 25 fps y no quieres que la profundidad de campo cambie (abriendo el diafragma), tendrás que doblar la cantidad de luz usada en la escena o en el sujeto para conseguir la correcta exposición a 50fps.
El sol nos da la luz suficiente para esto, así que en exteriores, a la luz del sol, la compensación de los tiempos de exposición más cortos cuando se rueda a altas velocidades de fotogramas es un problema mucho menor.
De cualquier manera, en interiores usando luz artificial… tienes que aumentar la cantidad de luz seriamente (doblándola) cada vez que dobles el número de fotogramas.
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