Rolling Shutter

Der Rolling-Shutter-Effekt ist ein technisches Phänomen bei der zeilen- oder spaltenweisen fotografischen Aufnahme von bewegten Bildern. Der Begriff stammt aus dem Englischen und bedeutet übersetzt soviel wie „rollender Verschluss“.

Das an einer Kamera mit Schlitzverschluss vorbeifahrende Auto wird diagonal verzerrt dargestellt. Die Räder erscheinen oval statt rund. Die unbewegten Bildelemente im Hintergrund bleiben dagegen unverzerrt.

Verzerrte Rotorblätter durch den Rolling-Shutter-Effekt

Erklärung

Solange das Motiv unbewegt ist, werden alle Bildpunkte an ihrer korrekten Position belichtet, unabhängig davon, wann die entsprechenden Punkte belichtet wurden. Werden jedoch bewegte Motive mit nacheinander belichteten Zeilen beziehungsweise Spalten aufgenommen, kommt es zum Rolling-Shutter-Effekt. Eine senkrechte Linie wird bei einem Kameraschwenk zum Beispiel als schräge Treppenlinie, bei einer beschleunigten Bewegung sogar gekrümmt dargestellt.

Der Effekt taucht typischerweise bei Bildwandlern in CMOS-Technik auf, weil diese in der Regel nur zeilenweise Belichtung zulassen. Ferner kann der Effekt auch bei fotografischen Aufnahmen mit Schlitzverschluss auftreten. Er tritt hierbei besonders deutlich zu Tage, wenn das Motiv mit einem Stroboskop beleuchtet wird.

Beispiel zur Veranschaulichung

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:

Rolling-Shutter-Effekt

Aufnahme bei unbewegter Kamera
Aufnahme der Zeile 1 zum Zeitpunkt t	Aufnahme der Zeile 2 zum Zeitpunkt t + Δt	Aufnahme der Zeile 3 zum Zeitpunkt t + 2·Δt
		Aus den drei Zeilenaufnahmen zusammengesetzte Gesamtaufnahme mit Rolling-Shutter-Effekt

Rotierende Sektorscheibe

Skizzen theoretischer Fotos.

Die Scheibe hat 12 schwarze und 12 weiße Sektoren. Der Schlitz läuft beschleunigt von rechts nach links, die Sektorscheibe dreht gegen den Uhrzeiger. Auf dem realen Foto sind die Sektorgrenzen selbst bei kürzester Belichtungszeit unscharf. Im unteren Bereich laufen Schlitz und Scheibe gegeneinander: Die Sektoren werden gestaucht. Im oberen Bereich spielt sich ein komplizierter Überholvorgang ab (komplizierter als auf den Planetenbahnen). Wenn der Schlitz den Drehpunkt überquert, hat ein Punkt der Scheibe dieselbe Geschwindigkeit (in Skizze 2 deutlich zu sehen). Der Zufall des Auslösezeitpunkts bestimmt die Lage dieses Punktes. Liegt er mitten im schwarzen Sektor, ist die große schwarze Figur in Skizze 1 (abgesehen von der zunehmenden Schlitzgeschwindigkeit) symmetrisch: beide "Arme" liegen gleich hoch. Wandert dieser Punkt durch einen anderen Auslösezeitpunkt an den Sektorrand, sinkt der linke Arm und der rechte steigt, die Figur schnürt sich weiter ein, bis die beiden weißen Flächen sich berühren (Skizze 2) und die schwarze Figur in 2 Teile teilen.

Ein Flugzeugpropeller erleidet dasselbe Schicksal wie die Sektoren: Er wird zu einer Banane verbogen.

Rollende Räder werden zu Ellipsen verformt, wenn die Kamera nicht mitgezogen wird.

Ein Baseball-Spieler schlägt einen Ball. Das Foto zeigt den Ball, der sich um den Schläger "wickelt". Auf der Erde sind Schläger und Ball als Schatten zu sehen: Beide sind getrennt, weil das Schattenbild etwas früher abgebildet wurde als das Original.

Beim Fernsehbild sind ganz ähnliche Skizzen zu sehen, wenn die Scheibe exakt so schnell dreht, dass zwischen 2 Halbbildern 2 Sektoren (oder 4 oder 6) durchgewandert sind (Stroboskop): Das Bild steht und kann in Ruhe studiert werden. Dreht die Scheibe etwas langsamer (oder schneller), dann verformt sich die Skizze in der oben beschriebenen Weise: Die gestauchten Sektoren drehen sich etwas zu langsam, der überholte Sektor springt blitzschnell zur anderen Seite, wie wenn eine Seite im Buch umgeblättert wird.

Sektorscheibe Auslösezeitpunkt 1 mit Rolling-Shutter-Effekt

Sektorscheibe Auslösezeitpunkt 2 mit Rolling-Shutter-Effekt