Ilmu Rolling Shutter Kamera dan Keterbatasannya

Memahami Dasar-Dasar Rolling Shutter

Tidak seperti rana global, yang menangkap seluruh gambar sekaligus, rana bergulir memindai gambar secara berurutan, biasanya dari atas ke bawah. Proses pemindaian ini memerlukan waktu terbatas, yang dikenal sebagai waktu pembacaan. Selama waktu ini, subjek atau kamera itu sendiri dapat bergerak, yang menyebabkan distorsi pada gambar akhir.

Inti masalahnya terletak pada pembacaan berurutan dari sensor gambar. Alih-alih mengekspos seluruh sensor secara bersamaan, setiap baris piksel diekspos dan dibaca satu per satu. Hal ini menciptakan perbedaan waktu antara bagian atas dan bawah gambar, yang menyebabkan distorsi yang terkait dengan rolling shutter.

Sensor CMOS, yang banyak digunakan di telepon pintar, DSLR, dan banyak kamera video, sering dikaitkan dengan efek rolling shutter karena efektivitas biaya dan efisiensinya. Namun, kamera kelas atas sering menggunakan global shutter untuk menghindari distorsi ini, meskipun dengan biaya dan kompleksitas yang lebih tinggi.

Cara Kerja Rolling Shutter

Proses pengambilan gambar dengan rolling shutter dapat dibagi menjadi beberapa langkah berikut:

• Baris pertama piksel pada sensor terkena cahaya.
• Baris ini kemudian dibaca, dan datanya disimpan.
• Proses ini berulang untuk setiap baris piksel berikutnya hingga seluruh sensor telah dipindai.

Pemindaian berurutan ini menghasilkan jeda waktu antara pengambilan baris pertama dan baris terakhir. Jika kamera atau subjek bergerak selama waktu pembacaan ini, gambar yang dihasilkan akan terdistorsi. Tingkat keparahan distorsi bergantung pada kecepatan pembacaan dan kecepatan gerakan.

Kecepatan pembacaan yang lebih cepat dapat meminimalkan efek rolling shutter, tetapi juga memerlukan daya pemrosesan yang lebih besar dan dapat meningkatkan tingkat noise. Oleh karena itu, produsen kamera harus mencapai keseimbangan antara meminimalkan distorsi dan mempertahankan kualitas gambar.

Efek Rolling Shutter Umum

Beberapa artefak visual berbeda dikaitkan dengan rolling shutter:

• Efek Goyangan atau Jeli: Efek ini terjadi saat kamera digeser atau digetarkan dengan cepat. Garis vertikal tampak tertekuk atau bergoyang, sehingga gambar tampak seperti “jeli”.
• Kemiringan: Objek yang bergerak cepat tampak miring atau miring. Misalnya, bilah baling-baling yang berputar mungkin tampak bengkok.
• Paparan Sebagian: Pada objek yang bergerak sangat cepat atau lampu strobo, sebagian gambar mungkin terlalu terang atau terlalu gelap akibat paparan berurutan.

Efek ini lebih terasa saat merekam subjek yang bergerak cepat atau saat kamera mengalami gerakan cepat. Memahami artefak ini membantu mengidentifikasi dan mengurangi dampak rolling shutter.

Efek jello terutama terlihat dalam rekaman genggam atau saat merekam dari kendaraan yang bergerak. Skew biasanya terlihat saat merekam objek yang berputar cepat, seperti baling-baling atau roda.

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Rolling Shutter

Beberapa faktor dapat memperburuk atau mengurangi efek rolling shutter:

• Kecepatan Pembacaan Sensor: Kecepatan pembacaan yang lebih cepat mengurangi perbedaan waktu antara bagian atas dan bawah gambar, meminimalkan distorsi.
• Pergerakan Kamera: Gerakan cepat, kemiringan, atau getaran memperkuat efek rana bergulir.
• Kecepatan Subjek: Subjek yang bergerak lebih cepat cenderung menunjukkan artefak rana bergulir.
• Panjang Fokus: Panjang fokus yang lebih panjang dapat memperbesar efek rana bergulir.

Mengoptimalkan faktor-faktor ini dapat membantu meminimalkan dampak rolling shutter pada rekaman video. Menggunakan kamera dengan kecepatan pembacaan sensor yang lebih cepat sering kali merupakan solusi yang paling efektif, tetapi ini mungkin tidak selalu memungkinkan.

Menstabilkan kamera, baik melalui penggunaan tripod atau teknologi stabilisasi gambar, juga dapat mengurangi efek jeli secara signifikan. Memperlambat gerakan kamera dan menggunakan panjang fokus yang lebih pendek adalah strategi lain yang perlu dipertimbangkan.

Rana Global vs. Rana Bergulir

Rana global mengekspos seluruh sensor pada saat yang sama, menghilangkan penundaan waktu yang melekat pada rana bergulir. Hal ini menghasilkan representasi gerakan yang lebih akurat, bebas dari distorsi yang terkait dengan rana bergulir.

Global shutter umumnya ditemukan pada kamera kelas atas dan aplikasi khusus yang sangat membutuhkan perekaman gerakan yang akurat. Namun, harganya lebih mahal dan dapat mengalami keterbatasan lain, seperti sensitivitas cahaya yang lebih rendah dan peningkatan noise.

Pilihan antara global shutter dan rolling shutter bergantung pada persyaratan khusus aplikasi. Untuk situasi di mana penangkapan gerakan yang akurat sangat penting, global shutter adalah pilihan yang lebih disukai. Namun, untuk banyak aplikasi serbaguna, efektivitas biaya dan efisiensi sensor rolling shutter menjadikannya pilihan yang layak.

Mengurangi Efek Rolling Shutter

Meskipun mustahil untuk sepenuhnya menghilangkan efek rana bergulir dengan kamera yang menggunakan teknologi ini, beberapa teknik dapat membantu meminimalkan dampaknya:

• Gunakan Tripod atau Stabilizer: Menstabilkan kamera mengurangi gerakan yang tidak diinginkan dan meminimalkan efek jeli.
• Kurangi Kecepatan Panning: Kecepatan panning yang lebih lambat memberi sensor lebih banyak waktu untuk memindai gambar, sehingga mengurangi distorsi.
• Gunakan Lensa yang Lebih Lebar: Lensa yang lebih lebar mengurangi perbesaran artefak rana bergulir.
• Koreksi Perangkat Lunak: Beberapa perangkat lunak penyuntingan video menyertakan alat untuk mengoreksi distorsi rana bergulir dalam pascaproduksi.

Perangkat lunak pascaproduksi sering kali dapat mengoreksi distorsi rolling shutter yang kecil, tetapi akan lebih baik jika efeknya diminimalkan selama perekaman. Terlalu mengandalkan koreksi perangkat lunak dapat menyebabkan hilangnya detail dan kualitas gambar secara keseluruhan.

Bereksperimen dengan berbagai teknik pemotretan dan pengaturan kamera dapat membantu Anda menemukan keseimbangan optimal antara meminimalkan rolling shutter dan mencapai estetika yang diinginkan.

Aplikasi yang Terkena Dampak Rolling Shutter

Rolling shutter dapat memberikan dampak yang signifikan pada berbagai aplikasi:

• Olahraga Aksi: Menangkap atlet atau kendaraan yang bergerak cepat dapat menghasilkan gambar yang terdistorsi.
• Realitas Virtual (VR): Dalam aplikasi VR, rolling shutter dapat menyebabkan mabuk perjalanan karena ketidaksesuaian antara masukan visual dan gerakan yang dirasakan.
• Videografi Udara: Drone rentan terhadap getaran dan gerakan cepat, yang membuatnya rentan terhadap artefak rana bergulir.
• Visi Mesin: Dalam aplikasi industri, rolling shutter dapat membahayakan keakuratan pengukuran dan inspeksi.

Memahami keterbatasan rolling shutter sangat penting untuk memilih kamera dan teknik pengambilan gambar yang tepat untuk aplikasi ini. Dalam beberapa kasus, kamera global shutter mungkin diperlukan untuk mencapai tingkat akurasi dan kualitas gambar yang diinginkan.

Untuk aplikasi di mana rolling shutter tidak dapat dihindari, perencanaan yang cermat dan koreksi pascaproduksi dapat membantu mengurangi dampaknya.

Masa Depan Teknologi Shutter

Kemajuan dalam teknologi sensor terus meningkatkan kinerja sensor rana bergulir. Kecepatan pembacaan yang lebih cepat dan algoritma yang lebih canggih membantu meminimalkan distorsi dan meningkatkan kualitas gambar.

Para peneliti juga tengah menjajaki arsitektur sensor baru yang menggabungkan keunggulan global shutter dan rolling shutter. Desain hibrida ini bertujuan untuk menyediakan perekaman gerakan yang akurat sekaligus mempertahankan efektivitas biaya dan efisiensi sensor CMOS.

Masa depan teknologi rana kemungkinan akan melibatkan kombinasi desain rana putar yang lebih baik dan pengembangan solusi rana global yang lebih terjangkau dan efisien. Ini akan memberi para pembuat film dan videografer berbagai pilihan yang lebih luas untuk menangkap gerakan dengan akurasi dan kejelasan yang lebih baik.

Kesimpulan

Rolling shutter merupakan keterbatasan bawaan banyak kamera digital, khususnya yang menggunakan sensor CMOS. Memahami ilmu di balik rolling shutter, efeknya, dan faktor-faktor yang memengaruhinya sangat penting untuk merekam video berkualitas tinggi. Dengan menggunakan teknik pengambilan gambar yang tepat dan koreksi pascaproduksi, dampak rolling shutter dapat dikurangi dan menghasilkan hasil yang tampak profesional. Seiring kemajuan teknologi, kita dapat mengharapkan peningkatan lebih lanjut dalam kinerja rolling shutter dan pengembangan teknologi shutter yang lebih serbaguna.

Pilihan antara rolling shutter dan global shutter sangat bergantung pada aplikasi dan anggaran tertentu. Sementara global shutter menawarkan kinerja yang unggul dalam menangkap gerakan cepat, rolling shutter tetap menjadi pilihan yang hemat biaya dan layak untuk banyak skenario. Kemajuan berkelanjutan dalam teknologi sensor menjanjikan untuk lebih meminimalkan kekurangan rolling shutter di masa mendatang.

Tanya Jawab Umum

Apa itu rolling shutter dan apa bedanya dengan global shutter?

Rolling shutter adalah metode pengambilan gambar di mana sensor dipindai secara berurutan, biasanya dari atas ke bawah. Global shutter menangkap seluruh gambar sekaligus, menghilangkan penundaan waktu yang melekat pada rolling shutter.

Apa efek umum dari rolling shutter?

Efek umumnya meliputi efek jello (goyangan), kemiringan (miring), dan paparan parsial.

Faktor apa yang memengaruhi tingkat keparahan efek rolling shutter?

Faktornya meliputi kecepatan pembacaan sensor, pergerakan kamera, kecepatan subjek, dan panjang fokus.

Bagaimana saya dapat mengurangi efek rolling shutter?

Gunakan tripod atau stabilizer, kurangi kecepatan panning, gunakan lensa yang lebih lebar, dan terapkan koreksi perangkat lunak dalam pascaproduksi.

Dalam aplikasi apa rolling shutter paling bermasalah?

Hal ini paling bermasalah dalam olahraga aksi, realitas virtual, videografi udara, dan penglihatan mesin.

Apakah ada kamera yang tidak menggunakan rolling shutter?

Ya, kamera dengan rana global menangkap seluruh gambar sekaligus, menghindari efek rana bergulir.

Apakah rolling shutter selalu merupakan hal buruk?

Tidak selalu. Meskipun dapat menyebabkan distorsi, ini sering kali merupakan solusi yang hemat biaya untuk banyak aplikasi, dan dampaknya dapat dikurangi.

Bisakah perangkat lunak memperbaiki distorsi rolling shutter sepenuhnya?

Perangkat lunak dapat mengoreksi distorsi kecil, tetapi akan lebih baik jika meminimalkan efeknya selama perekaman. Terlalu bergantung pada perangkat lunak dapat menyebabkan hilangnya detail.

Bagaimana ukuran sensor memengaruhi rolling shutter?

Sensor yang lebih besar sering kali memerlukan waktu pembacaan yang lebih lama, yang dapat memperburuk efek rana bergulir.

Kemajuan apa yang sedang dilakukan untuk meningkatkan teknologi rolling shutter?

Kemajuannya meliputi kecepatan pembacaan yang lebih cepat, algoritma yang lebih canggih, dan pengembangan arsitektur sensor hibrid.