Záridő mérés házilag

Nem lehetetlen. Csak nekünk nem sikerült. Van ez  videó. Az elvet megérteni ugyan jó, de nekünk itthon se ilyen múlt századi eszközünk nincs, se highfps kameránk se. Csak tudnám minek ülünk fel minden ilyen marhaságra, miféle lelki okai lehetnek ennek. 

Dremelünk van ugyan, ennek olyan 55Hz a forgási sebessége (18ms egy fordulat), de lehetne valami olyan gyorsan pörgő dobot szerkeszteni rá, amiben egy lámpa van, és a dobon meg minél több rés. Ha a dobon 10 fényrés lenne, akkor az 550Hz lehetne (1,8ms  a felvillanások között). Persze csak addig, amíg le nem repül a centrifugális erőtől és bele nem áll a fejünkbe. 

Van viszont biciklikerekünk, aminek a küllőire szerelhetnénk valami fénylő rudacskát. Lássuk, 26-os kerék 207,3 cm. Mondjuk 40km/h sebességre kipörgetnénk, ami azt jelenti, hogy 4 millió cm/h, vagyis 5,36 fordulat másodpercenként. Ha 10 küllőre fénycsíkot szerelnénk, akkor az 53Hz lenne, vagyis 53-szor futna át a képmezőn egy fénysáv, ami 18,8ms. 

Összehasonlításul a záridők milliszekundumban (forrás): 

Shutter Speed Tolerances
Marked Speed	Time in Milliseconds	Min	Max
1000	1.00	0.70	1.30
800	1.25	0.88	1.63
500	2.00	1.40	2.60
400	2.50	1.75	3.25
300	3.33	2.33	4.33
250	4.00	2.80	5.20
200	5.00	3.50	6.50
150	6.67	4.67	8.67
125	8.00	5.60	10.40
100	10.00	8.00	12.00
75	13.33	10.67	16.00
60	16.67	13.33	20.00
50	20.00	16.00	24.00
30	33.33	26.67	40.00
25	40.00	32.00	48.00
20	50.00	40.00	60.00
15	66.67	53.33	80.00
10	100.00	80.00	120.00
8	125.00	100.00	150.00
5	200.00	160.00	240.00
4	250.00	200.00	300.00
3	333.33	266.67	400.00
2	500.00	400.00	600.00
1	1000.00	800.00	1200.00

Lássuk, mink van itthon, aminek iszonyat gyors a periódusa. Hálózati feszkótól villogó CFL égők kb 50Hz. Monitor frissítés 60Hz, mind nagyon kevés. Na jó, van a lakásban dimmelhető LED. Lássuk ez mit tud. Már a múltkor a vakugyorsaság mérés miatt kidolgoztuk a mérési módszert, egy napcella a számítógép mikrofonbemenetén, és erre villogjuk rá a Led fényét (csak a zöld színt, nehogy a különböző színű led-modulok periódusai egymással interferálgassanak). 

Felül a full teljesítmény, lefele az egyre gyöngébbek (4 szintet tud), amit úgy valósít meg, hogy a 8ms teljes periódusidőből, a teljes teljesítményen 8ms ideig világít, aztán rendre 7ms (1ms szünet), majd 5ms (3ms szünet), 4-4ms majd a leggyengébb fényerőn csak 3ms világítás és 5ms szünet. A módszert csekkoltuk a napcella erősítőre kötésével is, itt a telefonos spektroszkóp is 120Hz körül mutatta a led periódusát (Hz to ms kalkulátor). 

A képen az egyes sorok, balról jobbra a záridőknek megfelelően: 1/4000 - 1/2000 - 1/1000 -1/500 - 1/250 - 1/125 - 1/60. fentről lefelé a LED teljesítményei (4 szint) látható.

Jól látszik, hogy a legfelső sornál, ahol a LED folyamatosan ON állásban van, ott a zár-rése nem okoz semmiféle sávosodást. A második sorban a fekete sáv még elég keskeny (8ms-ből csak 1ms ideig van kikapcsolva), aztán egyre szélesebb. Mivel elég nehéz a kikapcsolt állapotot mindig a kép közepére fotózni, ezért kell némi képzelőerő a továbbiakhoz. De azért az belátható, hogy a függőleges tengelyen a fekete sávok vastagodása valamiféle arányban áll a LED ON/OFF arányával. Vízszintesen meg a záridő duplázódásával, vagyis minél rövidebb a záridő, annál vastagabb a sötét sáv, hiszen a kikapcsolt állapot (vízszintesen) időben ugyanannyi, de az idők rendre duplázódnak hozzá képest. 

Olyan ki/be kapcsolt arányt keresünk, ami jól látható a képen. pl a 7ms ON-1ms OFF okozza a legkeskenyebb fekete sávot. Fontos lenne a csíkot mindig ugyanoda fotózni, hiszen számítanunk kell arra, hogy a zár mechanikájának van gyorsulása, tehát a kép felső szélén másképpen viselkedik, mint például a közepén, vagy az alján. Ez a mi tesztjeinkben nem teljesült, de reméljük nem gátolja az elmélet megértését. Lássuk mitől kerül a fekete elmosódott szélű sáv a képre. 

Függőlegesen lefutó redőnyök esetén azt találtuk, hogy a leggyorsabb vakuszinkron kb. 1/200-1/250sec (a D5000 vaku esetén 1/200-nál nem enged gyorsabb időt kiválasztani). Számoljunk az egyszerűség kedvéért 1/250, vagyis 4 ms idővel, mint utolsó még teljesen nyitott zár. Feltételezzük, hogy a redőnyök végig egyenletesen mozognak (így könnyebb számolni), ebben az esetben így zajlik le egy exponálás: 

Az látszik, hogy hiába gyorsítjuk a záridőt, egy bizonyos egység alá nem tudunk belátni. 0,25ms exponálás mellett is a kép alsó és felső vége között csak lesz min. 4ms időkülönbség. Ennyit a pillanat megfagyasztásáról, ugye. De míg 1/250s záridőnél a rés teljes szenzor-méretű (és 8ms a teljes lefutás), 1/500s esetén már csak fél szenzornyi (valamivel kevesebb, mint 6ms a teljes lefutás), addig 1/4000s esetén csak 1/16 szenzorméretű rés szalad végig (alig több, mint 4ms lefutással). 

Most ezt a modellt illesszük rá a villogó ledünkre, ami 7ms ideig világít, majd 1ms ideig ki van kapcsolva. Alul 0,25ms osztásban a LED világítása látható 7/1ms arányban (7ms ON - sárga-pink, és 1ms OFF - fekete). 

Középen az 1/16 szenzormagasságú rés lefutása 1/4000s záridő alatt. Legfelül meg az exponált kép. A baloldalin nem sikerült elkapni a kikapcsolt állapotot, a jobboldalin pedig pont középre sikerült exponálni azt. 

Most az előbbi 1/4000s záridőt hasonlítjuk az 1/1000s záridőhöz. Azt látjuk, hogy itt a rés már negyed szenzornyi, vagyis négyszer akkora, mint az 1/4000s záridő esetén. Emiatt a képmezőben a sötét sáv blúrosabb szélű. Pontosabban, az átmenet a fekete és fényes zóna között nagyjából a rész méretével azonos. 

Sajnos a valóságos képeken nagyon nehéz mérni azt a pontos zónát (pixeleket), ahol az átmenet megkezdődik és véget ér. Fogjuk rá, hogy az 1/4000s - 394px, 1/2000 - 680px, 1/1000 - 1043px. Semmiképpen nem duplázódik, az arány 1,7X-1,5X között mozog, Isten tudja mi okból. Pontosabban mérni lehet, de egy S-görbével megpatkolt JPEG túl sokat nem fog elárulni a valós átmenetről. Jó, talán egy lineáris NEF-ből már lehetne építkezni?

Demozaik nélkül próbálkoztunk először lineáris TIFF-el, de ez csúfos zsákutca volt, gyaníthatóan a keskeny zöld spektrum miatt. Talán ha a zöld pixeleket leemelnénk, mert a sötét R és B pixelek miatt használhatatlan a dolog. Inkább mozaikoljunk, de továbbra is a lineárisan:

Hát így már az átmenetek így alakultak: 1/4000s - 304px, 1/2000s - 525px, 1/1000s  - 940px. Ezek s3em kifejezetten egymás duplájai. A szorzó közöttük inkább 1,75X környékén lehet. 

Igazából abban sem vagyunk biztosak, hogy a lineáris képek nem e kellene egyforma megvilágítást kapjanak (vagy nem kellene e azzal is kalkulálni), mert jelenleg az 1/4000 2EV alulexponáltságban van az 1/1000-hez képest. Asztakurva! Túl bonyolulttá kezdett válni, haladjunk a gyengébb ellenállás felé. 

Egy régi filmes gép záridejét másképpen is megfigyelhetjük. Az elméleti példánkban az 1/250s záridő 4ms megvilágítást jelent, az 1/2000s csak 0,5ms, de kb. 4ms időtartam alatt fogja végig pásztázni a szenzort. Ha a filmablakba napelemet tennénk és Audacityben rögzítenénk a megvilágítást, talán következtethetnénk valamire. 1/250s esetén valami olyasmit várnánk, hogy a mért jel 4ms-ig folyamatosan növekedne, itt tetőzne és fokozatosan elhalna  újabb 4ms alatt. Ellenben az 1/4000s záridő (4,25ms) szinte egyenletes jelerősséget kellene mutasson. 

A képen a Canon Rebel II záridejei látszanak napelemről Audacityben rögzítve folyamatos megvilágításnál. A jel amplitúdója itt nem tükröz semmit, ugyanis ahogy nőtt a záridő egyre távolabb tettük a gépet a fényforrástól, nehogy túlcsorduljon a jel, vagyis hogy a felső görbület ne ütközzön a plafonba. Így, bár nem kapunk képet a jel amplitúdójáról, de sokkal jobban megfigyelhető a görbe időbeli alakulása és jobban összehasonlíthatóak az egyes záridők időben. 

Persze lehetne olyan optimális távolságot kiválasztani, aminél a leghosszabb idő sem csordulna túl, viszont ebben az esetben a leggyorsabb idő annyira lapos görbe lenne, hogy belesimulna az alapvonalba. És ennyire amúgy sem akarjuk megoldani a problémát. Csak elbábozzuk a tudományt, ahogy szoktuk. 

Itt meg egy Zenit E, vízszintes lefutású vászonredőnyének záridejei láthatók. Érdekesség hogy a gyorsabb időknél a görbe csipkézett. Ez valami orosz mechanikai huncutság lehet. 

Zenit E esetén 1/30s a vakuszinkronidő, tehát vélhetően ennél még teljesen nyitva van a redőny. Feltételezzük, hogy az 1/60s fél képmezőhossz, tehát az 1/500s szintén 1/16 képmezőhossz (24*36mm), vagyis kb. 2mm. A következő ábrához a napelemet úgy maszkoltuk le, hogy csak 1-2mm széles sávban kaphasson fényt, ahogy a redőn rése átvágtat felette. 

A jobboldali tüske az 1/500s záridő és valóban nagyjából 2ms hosszú. A többi záridő rendre az előző duplája. De annyira, hogy pl. a baloldali, 1/30s 32ms hosszú. Annyira pontos, hogy az már gyanús. 

Az Audacity 44100Hz projektjei egy milliszekundumot 44,1-szer mintavételez. Vagyis ha az 1/4000 záridő 0,25ms alatt éri el a maximum jelerősséget, akkor erre 10 mintavételünk jut. Szerintem ez nekünk bőven elég felbontás, mert a napelem válaszidejében ennél sokkal nagyobb a bizonytalanság. Érdekességként megfigyeltük, hogy a napelem a jel megszűnése után visszaleng, vagyis a jel valamennyire lefut negatív irányba és jóval lassabban simul vissza a középvonalra.  Gyanítjuk, hogy ennek a napelem működéséhez van köze és nem érinti a mi méréseinket. 

Vissza a legelejére. Csakazért is. A témaindító videóban a nagyon gyors periódusban felvillanó fénycsíkok mozogtak, mégpedig a redőnyzár lefutására merőleges szögben, így hozva létre a speciális rolling shutter effektust. Ez a villogó led esetén sajnos nem adott. De tudunk a lusta dremelre olyan cuccot alkotni, ami a sebességet megtízszerezi. Sőt bizonyos értékek között még állítható is lenne ez (5 sebességet tud a dremel, és bárhány küllőt vághatunk a tárcsára). 

És akkor már csak  egy olyan szervizes kézikönyv kellene (mint a bejegyzés elején a hivatkozott videóban), ami meghatározott fényperiódus mellett megmutatja, hogy milyen ábrának kellene kialakulnia egy Zeniten, vagy a Cannon Rebell II esetében. 

Ezt tudja a Canon Rebell II függőleges lefutású redőnye 1/2000s - 1/60s záridőkre. 

Ezt meg a Zenit E vízszintes vászonredőnyzára. És itt meg is állhatunk, mert ennék közelebb már nem kerülünk a témához, hiszen se hitelesített szervizkönyvünk nincs, se azt nem tudjuk, hogy ez a két vizsgált gép mennyire tökéletesen tudja ezeket a záridőket. Annyira nagyon nem lehetnek elállítódva, hiszen minden oldalról konzisztens eredményeket kaptunk.