作者：Yasmin Elkalish

如果您曾操作过无人机，那么很可能在某个时刻注意到过其拍摄的画面中出现不自然的晃动。这种畸变通常看起来就像有人在拍摄时摇晃了相机，从而产生一种被称为“果冻效应”的效果。这一症状因其与这款广受欢迎的甜点相似而得名，但其正式名称是卷帘快门效应。

本文将解释果冻效应的成因、不同快门类型之间的主要区别，以及您如何解决卷帘快门效应。

目录

1. 果冻效应的成因
   1. 螺旋桨不平衡 
   2. 快门类型：卷帘快门、全局快门和机械快门
2. 如何解决卷帘快门效应

图 1：风景无人机画面中的果冻效应（Bob Hodge）

果冻效应的成因

无人机画面中的果冻效应主要由两个因素造成：无人机自身产生的振动，以及无人机相机传感器捕捉帧的方法。

螺旋桨不平衡和振动 

众所周知，螺旋桨不平衡会引起不良振动，从而降低无人机的飞行效率。除了影响飞行性能外，振动还会影响无人机的其他功能，例如需要稳定视频流的航拍和数据采集。

延伸阅读：如何减少无人机飞行器中的螺旋桨振动

无人机相机通常安装在云台上，云台旨在吸收微小振动。然而，并非所有高频振动都能被有效抑制，它们可能会导致相机画面畸变。 

螺旋桨和电机不平衡是导致不稳定性及过度振动的最常见原因。不平衡的动力系统会加速机械部件的磨损，导致轴承和电机故障。这会形成一种在整个无人机上扩散的振动正反馈循环。

这段视频生动展示了这一效应。在旋转螺旋桨之前，视频画面清晰平稳。一旦螺旋桨开始旋转，画面便出现果冻效应，展示了螺旋桨稳定性和视频质量之间的联系。

图 2：用迷你无人机在地面拍摄到的果冻效应

卷帘快门、全局快门和机械快门 

我们已经讨论了什么是果冻效应以及它何时发生，现在来看看它为什么会发生。这一切都归结于相机快门。

无人机相机可能使用电子快门，例如卷帘快门或全局快门；较少见的是使用机械快门，例如焦平面快门或叶片快门。

卷帘快门是一种常用于配备 CMOS 传感器的相机中的读取方法。由于其功耗较低且具有成本效益，CMOS 传感器非常适合用于无人机。CMOS 传感器的工作原理是逐行捕捉图像，类似于喷墨打印机。

然而，卷帘快门畸变正是导致无人机视频画面中出现果冻效应的根本原因。当无人机的振动导致图像捕捉过程中相机位置发生轻微偏移时，就会出现这一问题。由于 CMOS 传感器是逐行记录图像的，当它记录到画面底部时，场景可能已经发生了轻微变化。这就会导致令人不悦的“果冻效应”，使真实场景呈现出扭曲和不准确的形态。

全局快门最近已被引入 CMOS 传感器，采用了一种更好的技术，能够同时捕捉整个画面，而不是按顺序捕捉，从而解决了果冻效应的根本问题。然而，据制造商称，这项技术价格昂贵且难以集成。

因此，只有最先进的无人机相机才采用全局快门。

图 3：卷帘快门与全局快门的光线曝光差异。

为您推荐：测试单叶螺旋桨

单反相机中常见的机械快门主要有两种。焦平面快门使用两个横跨传感器的帘幕：第一个打开光圈开始曝光，在预设曝光时间结束后，第二个沿相同方向移动以关闭光圈。叶片快门则使用重叠的叶片，从传感器的中心向外打开和关闭。 

DJI 在其 Phantom 4 RTK 和 Mavic 3 系列无人机中增加了机械快门，以消除测绘和制图应用中的 CMOS 卷帘快门效应。

虽然机械快门消除了与果冻效应相关的问题，但其活动部件的平均故障间隔时间（MTTF）仍会因过度振动而缩短，因此相机仍容易受到不平衡造成的性能下降影响。

如何解决卷帘快门（果冻）效应

除非您愿意花费巨资，否则在无人机相机方面很难避免卷帘快门及其复杂性。

不过，您可以进行一些调整来限制这一效应。在设置中，您可以尝试 降低快门速度并调整滤光片，或者使用后期稳定软件来尽量消除它。尽管如此，这对于解决果冻效应的根本原因作用有限。

您可以通过升级云台或平衡螺旋桨来解决问题的根本原因——振动。

如何平衡螺旋桨

在 Tyto Robotics，我们开发了一套动态螺旋桨平衡系统，使用户能够量化并纠正无人机螺旋桨和电机的不平衡。

只需几次快速旋转，用户即可实现 ISO 级的平衡：

图 4：通过添加配重动态平衡螺旋桨（来源）

结论

无人机画面中的果冻效应之所以出现，是因为大多数无人机相机在捕捉图像时采用逐行扫描系统。当这种效应与高频振动和快速移动的物体相结合时，画面畸变几乎不可避免。

由于您并不总是能够控制快门类型或场景性质，限制畸变的最佳方法是减少由不平衡螺旋桨和电机引起的振动，这是提高视频质量的有效方法。

下载我们关于螺旋桨平衡技术的白皮书以了解更多信息：

参考文献：

1. Phantom Pilots. What causes the Jello video effect? PhantomPilots 网站。发布于 2016 年。https://phantompilots.com/threads/what-causes-the-jello-video-effect.86315/#:~:text=Unbalanced%20props%20are%20the%20most,there%20is%20more%20play%20with

2. Mosaic51. Rolling vs. global shutter: Camera effects explained. Mosaic51 网站。发布于 2022 年。 https://www.mosaic51.com/technology/rolling-vs-global-shutter-camera-effects-explained/#:~:text=The%C2%A0consistency%20and%20accuracy%C2%A0of%20the%20images,%E2%80%98jello%20effect%E2%80%99%20or%20object%20segmentation

3. Wondershare Filmora. How to remove Jello effect and rolling shutter from aerial video. Filmora 网站。发布于 2022 年。 https://filmora.wondershare.com/drones/remove-jello-effect-rolling-shutter-from-aerial-video.html

4. DJI Enterprise. Mechanical shutter drones: The work of professional surveyors. DJI Enterprise 网站。发布于 2022 年。 https://enterprise-insights.dji.com/blog/mechanical-shutter-drones#:~:text=The%20work%20of%20professional%20surveyors,provide%2C%20you%20need%20a%20shutter

5. Micrathene FPV. The Jello effect: Causes, solutions, and tips for smooth video footage. Micrathene FPV 网站。发布于 2023 年。 https://www.micrathenefpv.com/blog/the-jello-effect-causes-solutions-and-tips-for-smooth-video-footage

6. 2Bridges Productions. 5 handy tips to fix rolling shutter Jello effect in aerial footage. 2Bridges 网站。发布于 2022 年。 https://www.2bridges.nyc/nycblog/5-handy-tips-to-fix-rolling-shutter-jello-effect-in-aerial-footage/