Rolling-Shutter-Effekt
Verzerrung bewegter Objekte in Fotos oder Videos Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
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Der Rolling-Shutter-Effekt (etwa: „rollender Verschluss“) ist ein Lagefehler, der bei Fotos oder Videoaufnahmen bewegter Objekte auftreten kann.
Es erscheint zunächst selbstverständlich, dass die Belichtung aller Punkte des lichtempfindlichen Elements (Film oder Sensor) einer Kamera zum exakt gleichen Zeitpunkt beginnt. Es gibt aber Kameras, bei denen das bauartbedingt nicht für die gesamte Fläche zutrifft; dort muss man sich vielmehr eine „Linie gleichzeitigen Belichtungsstarts“ vorstellen, die entweder zeilenweise oder spaltenweise über das Element wandert, wofür sie eine zwar nur kurze, aber doch nicht zu vernachlässigende Zeit benötigt.
Solange Motiv und Kamera unbewegt sind, werden auch bei solchen Kameras alle Bildpunkte an ihrer korrekten Position belichtet, unabhängig davon, wann die entsprechenden Punkte belichtet wurden. Werden jedoch Aufnahmen eines bewegten Motivs, oder mit bewegter Kamera, mit nacheinander belichteten Zeilen aufgenommen, werden Objekte an ihrem momentanen Ort abgebildet – und da die Abbildung zeilenweise erfolgt, hat sich das Objekt von einer zur nächsten Zeile schon so weit bewegt, dass bei Zusammensetzung aller Zeilen ein Objekt zur Darstellung kommt, das nicht als Ganzes auf einmal abgebildet wurde, sondern zeilenweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Eine gerade Linie des Motivs kann bei einem Kameraschwenk oder einem bewegten Motiv (entsprechend den nacheinander folgenden einzelnen Zeilen) krumm oder verzerrt abgebildet werden.
Der Rolling-Shutter-Effekt tritt auf bei:
Hochauflösende Camcorder und videotaugliche Digitalkameras werden zunehmend mit CMOS-Bildwandlern ausgestattet, die die früher üblichen CCD-Sensoren ersetzen. Durch die CMOS-Bildwandler kann es bei diesen Geräten zum Auftreten des Rolling-Shutter-Effektes kommen. Wie bei der Fotografie tritt dieser Effekt durch diagonale Verzerrung bei der Aufnahme schnell bewegter Motive in Erscheinung, darüber hinaus führen stärkere Vibrationen des Aufnahmegerätes, wie sie zum Beispiel bei Aufnahmen aus einem Fahrzeug vorkommen, zu einer starken Verzeichnung des gesamten Bildes, wodurch die Aufnahmen unter Umständen unbrauchbar werden.
Vermieden werden kann der Rolling-Shutter-Effekt mit so genannten Global-Shutter-CMOS-Sensoren, welche das Bild nicht zeilen- und spaltenweise, sondern vollständig aufnehmen.
Wenn man eine Lichtquelle formatfüllend filmt, kann man ihre Schwankungen mit der Pixelfrequenz erfassen, die viel höher ist als die normale Bildfrequenz. 2023 haben israelische Sicherheitsforscher diesen RS-Effekt genutzt, um aus Aufnahmen von Status-LEDs Geräteverschlüsselungen zu knacken.[3]
Sternschnuppen können bei Dunkelheit während einer Langzeitbelichtung aufgenommen werden. Bei manchen CMOS-Bildsensoren werden diese mehrere Sekunden lang dauernden Belichtungen mit mehreren Bildern pro Sekunde aufgenommen, die im Anschluss zu einer Gesamtaufnahme addiert werden. Ist ein einzelner Auslesedurchlauf vom Bildsensor kürzer als die Dauer der Sternschnuppe, wird nur der hell leuchtende augenblickliche Ort des Meteoriten erfasst. Alle anderen Bildpunkte entlang der Leuchtspur erfassen jeweils immer nur das vergleichsweise schwache Nachleuchten der Sternschnuppe.
In den folgenden Bildern wird ein Kameraschwenk nach links (das Motiv wandert nach rechts) bei der Aufnahme einer senkrechten, grünen Linie mit drei von unten nach oben aufeinanderfolgenden Zeilen schematisch dargestellt:
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Bei höherer Zeilenanzahl werden die Stufen und Sprünge entsprechend kleiner, so dass im Grenzfall eine kontinuierliche schräge Linie entstehen würde.
Die folgenden beiden Bilder sind nacheinander mit demselben Flachbettscanner mit Zeilensensor aufgenommen worden. Beim ersten Bild war die Papiervorlage unbewegt, beim zweiten Bild wurde die Vorlage mit gleichmäßiger Geschwindigkeit senkrecht zur Bewegungsrichtung der Scan-Einheit bewegt, so dass der Rolling-Shutter-Effekt sichtbar wird.
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