工业相机中的全局快门与卷帘快门 - 忆未来

工业相机中的全局快门与卷帘快门

在工业相机的参数中,经常会看到全局快门(global shutter)和卷帘快门(rolling shutter)这两个参数,有的时候global shutter也被译为全域快门,rolling shutter被译为卷帘快门。那么这两个参数到底是怎样工作的呢,它们的不同又在哪里呢?

全局快门(global shutter):是让整个CMOS每行像素全部在同一时间进行曝光,也就是所有像元同时曝光。当预设的曝光时间到了,传感器停止收集光线,并将曝光图像转成电子图像。在这个过程中,并没有实际意义上的快门存在。在曝光开始的时候,传感器开始收集光线;在曝光结束的时候,光线收集电路被切断,传感器读出值即为一副图片。

卷帘快门(rolling shutter):是CMOS开始曝光的时候,感光元件是从第一行、第二行、第三行... 这样按照顺序进行光线感测,一直到整片感光组件从上到下每一行都曝光完成为止,也就是不同行像元的曝光时间不同。卷帘式快门是通过控制芯片逐行曝光的方式实现的。卷帘式快门也没有实际意义上的快门,而是通过通断电控制传感器,使其不同部分在不同时间下对光的敏感度不同。逐行进行曝光,直至所有像素点都被曝光。当然,所有的动作在很短的时间内完成,一般情况为1/48至1/60秒。需要注意的是,卷帘式快门采用的是逐行曝光的方式。假如物体或摄像头在拍摄期间处于快速运动状态,拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任一种情况。

全局快门(global shutter)曝光时间更短,这样不仅能提升效率,也能根除影像果冻现象的问题。

卷帘快门(rolling shutter)曝光时间更长,另外就是在拍照的时候,假如左右工业相机有晃动,或者拍摄快速移动的物体,就会看到画面上下曝光时间不同而导致的果冻现象。

卷帘式快门是逐行顺序曝光,所以不适合运动物体的拍摄。当采用全局快门方式曝光时,所有像素在同一时刻曝光,类似于将运动物体冻结了,所以适合拍摄快速运动的物体。但是全局快门可能出现像糊现象。像糊现象出现与否取决于曝光时间的长短。假如曝光时间过长,且物体运动过快则会出现像糊;假如曝光时间很短,类似于运动物体在瞬间被冻结了,则少有像糊。

两者的优缺点

  (1)全局曝光的优点是所有的像素点同时曝光。其缺点是曝光时间存在局限,存在机械极限的最小曝光时间。
  (2)卷帘曝光的优点是具有更小的曝光时间。其缺点是由于逐行的是在不同时间进行曝光取像,如果图像是运动的,则存在明显的拖影。因此,卷帘曝光不适合拍摄运动的物体。

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