用了一堆黑科技，为何手机拍照还是差（快门篇）
【【【前言：拍照时的“咔嚓”声，究竟是什么】】】
昨日，笔者为大家献上了关于“为何手机拍照仍不如相机”的第一篇（镜头篇）——看到大家踊跃参与讨论，笔者体认到我的辛苦没有白费，心中甚感安慰；但与此同时我也必须声明一下，我这一系列文章，并非针对哪一家手机或者相机厂商，也没有丝毫“婊人”的意思——我只希望为大家普及常识，如有对号入座，纯属巧合（笑）。
好了，那么，按照说好的文章企划，今天这一篇将会给大家科普一下关于“快门”的那些事情。提到快门，大多数读者首先想到的肯定会是一声“咔嚓”——嗯，也就是俗称的快门声。但是，如果要问，为什么“快门声”一定就是那个样子；以及对于现阶段的智能手机而言，明明完全可以静音拍照，但仍然要通过扬声器来模拟出“快门声”的理由，那就得首先明白，到底什么是“快门”，以及它在成像过程中所起到的真正作用。
【【【快门：真的是一扇很快的门么】】】
快门，对于大多数只是接触过手机拍照的读者而言，看到这两个字也许只会想到屏幕上的“快门按钮”，亦或是联想到相机上的快门键——但那其实只不过是快门的触发器，或者说只是个开关。
真正的快门——严格来说，正如它的名称，是在相机镜头和传感器/底片之间的一扇“很快的门”，在单反相机上，当快门钮被按下，快门随即开启，光线才能从镜头真正射入到感光元件上；快门很快又关闭，感光也就因此终止。中间的这段时间就是俗称的快门时间。
在维基百科上，关于快门的工作原理，提供了两张简明易懂的动态图片：这就是单反相机上最常见的幕帘式快门。除了这种快门之外，昨天我们讲到的如松下LX100等高端不可换镜头相机则大多会使用设计在镜头内部的镜间快门——两者都属于传统机械快门。相较之下，幕帘快门成本更高、结构更复杂，所占用的空间也更大——可这并不意味着它就一定更好，事实上，幕帘快门有一个非常大的缺陷，而且一直“遗留”到了智能手机时代也未能解决。
三种不同快门速度下的照片，从左至右为高速、中速和低速快门
观察快门速度的示意图可以发现，当幕帘快门的速度达到一定程度之后，就会发现在同一时间内，快门其实没有“照亮”整个感光器，而是通过类似于老式显像管显示器那样的“扫描”来模拟高速曝光的效果。这种扫描式的快门有一个非常大的弊病，就是当它遇到高速运动的被摄物时，每一次“扫描”所摄入的影像，本身其实都已经移动了位置，最终逐行“合成”出的影像，其实不是一瞬间的曝光结果，而是一段时间里不同行画面的拼接，这就是幕帘快门（以及与其原理相似的扫描式电子快门）最大的软肋——果冻效应。
左侧为幕帘快门的果冻效应，右侧为全局快门（无此效应）
——当然，以上对于“快门=很快的一扇遮光门”的论述，只适用于具备机械结构的快门组件。对于手机照相组件而言，显然不可能在那么小的空间里塞进机械快门结构。于是乎，我们现在所谈到的手机上的“快门”，其实是直接发生在传感器上的一种“截图”机制，或者我们也可以称呼其为——电子快门。
【【【从机械到电子：进步还是退步？】】】
机械快门——电子快门，乍看之下，似乎是技术“进步”了，其实并不见得。为了明白电子快门对于实际成像究竟有哪些影响，笔者再给大家解释一下数码相机（包括数码单反）的原理。
首先大家要明白，对于有机械快门结构的相机来说，当快门不开启时，传感器其实也是不通电的——此时传感器上不带电荷。当快门开启，光线射入，CMOS上被光线照到的部分因此产生电荷信号——被识别之后转变为图像数据。当快门时间结束，机械快门关闭，传感器上的电荷清空，准备下一次的拍摄。
诺基亚925手机的镜头组+传感器结构，可以看到不存在机械快门组件，镜头是直射传感器的
反之，对于整个手机照相组件来说，因为不存在能够遮挡光路的机械（物理）快门，因此从开启相机APP，开始取景，到按下屏幕上的快门按钮，传感器其实是一直在工作，在把光信号转换成电信号的。电子快门的本质，就是传感器的一次“自我截图”，不同的电子快门时间，实际上就是从传感器摄录下的片段“截图”所用的时间。
那么问题就来了，因为传感器一直在工作，也就相当于一直在进行动态摄像（只是不会保存到手机里罢了），相比起会给予传感器足够“休息时间”去复位电荷的机械快门，电子快门下传感器上面的每一个半导体像素会更容易出错，进而引发图像上的错误信息。
同样的相机，使用机械快门（左）和电子快门（右）时的画质对比，明显电子快门噪点更多
尤其是当遇到画面中有特别明亮的元素时，相应位置的传感器有可能会产生过多的电荷——甚至干扰到周边其他本来进光量并不多的像素，使得画面上出现大片的过曝，导致整个画面发白。即使传感器没有过曝，但长时间工作所积累的信号错误、电荷迁移等等错误因素还是会引发电子快门相对于机械快门的一处常见弊病——噪点。
除此之外，因为传感器要持续不停的工作，电子快门相对于机械快门要耗电的多——这就是为何只有几百毫安时电池的单反却能拍上千张照片，而几千毫安时电池的手机拍上200张照片差不多就没电了的原因。
机械快门长曝光的成像效果（曝光时间30秒，相机为徕卡M3）
当然，电子快门也并非一无是处——除了更小的体积之外，因为是“模拟”出的快门时间，因此电子快门可以实现超短的曝光时间，更适合抓拍——在很多高端的相机产品上，我们常常可以看到电子和机械快门被共同使用：长曝光是机械快门，而高速摄影时自动切换到电子快门，这样一来既可以实现更高的抓拍速度，又一定程度上避免了电子快门长曝光出错的问题。可谓是将两种快门的特性实现了很好的融合。
【【【快门欠的“债”，要靠传感器来“还”】】】
清楚了“快门”这个概念的真正含义，以及“机械快门”与“电子快门”之间完全不同的工作原理，想必大家就能明白，为什么手机拍照时仍然要发出“咔嚓”声——因为这正是机械快门才会有的工作声，手机模拟出这一声，一是为了提醒拍照者（以及被拍摄者）快门已经按下；二是为了迎合消费者的使用习惯，使其不至于因为无声而过度意识到电子快门的存在。当然，在某些国家和地区，手机拍照有声是法律的规定，这里就不再赘述。
松下CM1，一台具备完全相机硬件的手机
总而言之，对于现在的绝大部分手机（之所以不是全部，是因为确实还真有一些用上机械快门的“怪物”，比如早年间诺基亚的N86，以及现在只有少数人知道的松下CM1），电子快门是个不可回避的问题——为了减轻重量、简化设计、控制厚度以及降低成本，手机使用电子快门是大势所趋。
那么，既然电子快门本质上是在传感器上进行的信号操作，那么要改善电子快门带来的成像弊病，就必须从传感器上下手——在手机传感器的“弹丸之地”上，如何才能提高感光能力同时又降低像素之间的干扰，如何才能让画面更干净，如何才能让对焦更快、连拍更强——所有这一切的答案，明天的【传感器篇】将会为你解答！
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