25/08/21Rəqəmsal görüntüləmə dünyasında bir neçə texniki amil görüntü keyfiyyətinə sensorunuzdakı elektron çekim növü qədər təsir göstərir. İstər yüksək sürətli sənaye prosesləri çəkirsiniz, istər kinematik ardıcıllıqlar çəkirsiniz, istərsə də zəif astronomik hadisələri çəkirsinizsə, CMOS kameranızın içərisindəki çekim texnologiyası son təsvirinizin necə alınmasında mühüm rol oynayır.
CMOS elektron panjurlarının iki dominant növü, qlobal panjurlar və yuvarlanan panjurlar, sensordan işığın ifşa edilməsinə və oxunmasına çox fərqli yanaşmalar tətbiq edirlər. Görüntü sisteminizi tətbiqinizə uyğunlaşdırmaq istəyirsinizsə, onların fərqlərini, güclü tərəflərini və mübadilələrini başa düşmək vacibdir.
Bu məqalə CMOS elektron panjurların nə olduğunu, qlobal və yuvarlanan panjurların necə işlədiyini, real dünya vəziyyətlərində necə çıxış etdiyini və hansının sizin üçün ən yaxşı olduğuna necə qərar verəcəyini izah edəcəkdir.
CMOS elektron panjurlar nədir?
CMOS sensoru əksər müasir kameraların ürəyidir. O, daxil olan işığı bir şəkilə emal edilə bilən elektrik siqnallarına çevirməkdən məsuldur. A-da "kepenk"CMOS kameraMütləq mexaniki pərdə deyil - bir çox müasir dizayn piksellərin işığı necə və nə vaxt tutduğunu idarə edən elektron qapaqdan istifadə edir.
İşığı fiziki olaraq bloklayan mexaniki deklanşördən fərqli olaraq, elektron deklanşör hər piksel daxilində yük axınını başlataraq və dayandırmaqla işləyir. CMOS təsvirində iki əsas elektron çekim arxitekturası var: qlobal çekim və yuvarlanan çekim.
Niyə fərqləndirmə vacibdir? Çünki məruz qalma və oxuma üsulu birbaşa təsir edir:
● Hərəkətin göstərilməsi və təhrif
● Şəklin kəskinliyi
● Aşağı işığa həssaslıq
● Çərçivə sürəti və gecikmə
● Müxtəlif növ fotoqrafiya, video və elmi təsvirlər üçün ümumi uyğunluq
Qlobal Çekimi Anlamaq
Mənbə: GMAX3405 Qlobal Çekim Sensoru
Qlobal deklanşör necə işləyir
CMOS Global çekim kameraları bütün sensorda eyni vaxtda ekspozisiyanı başlayır və bitirir. Bu, hər piksel üçün 5 və ya daha çox tranzistor və oxunma zamanı əldə edilmiş fotoelektron yükləri saxlayan "saxlama nodu"ndan istifadə etməklə əldə edilir. Ekspozisiya ardıcıllığı aşağıdakı kimidir:
1. Əldə edilmiş yükləri yerə təmizləyərək hər pikseldə eyni vaxtda ekspozisiyaya başlayın.
2. Seçilmiş ekspozisiya vaxtını gözləyin.
3. Ekspozisiya sonunda, əldə edilmiş yükləri hər pikseldə saxlama qovşağına köçürün və həmin çərçivənin ifşasını bitirin.
4. Sətir-cərgə, elektronları pikselin oxuma kondansatörünə köçürün və yığılmış gərginliyi oxunuş arxitekturasına ötürün, nəticədə analoqdan rəqəmsal çeviricilərə (ADC) çatır. Növbəti ifşa adətən bu addımla eyni vaxtda həyata keçirilə bilər.
Qlobal deklanşörün üstünlükləri
● Hərəkət Təhrifi yoxdur – Hərəkət edən subyektlər ardıcıl oxunuşda baş verə biləcək əyilmə və ya əyilmə olmadan öz formalarını və həndəsələrini saxlayırlar.
● Yüksək Sürətli Çəkmə – İdman, robot texnikası və ya istehsal keyfiyyətinə nəzarət kimi sürətlə hərəkət edən səhnələrdə hərəkəti dondurmaq üçün idealdır.
● Aşağı Gecikmə – Lazer impulsları və ya strob işıqları kimi xarici hadisələrlə dəqiq sinxronizasiyaya imkan verən bütün təsvir məlumatları bir anda mövcuddur.
Qlobal deklanşörün məhdudiyyətləri
● Aşağı İşığa Həssaslıq – Bəzi qlobal çekim piksel dizaynları eyni vaxtda məruz qalma üçün lazım olan dövrəni yerləşdirmək üçün işıq toplama səmərəliliyini qurban verir.
● Yüksək Xərc və Mürəkkəblik – İstehsal daha çətin olur, bu, tez-tez yaylı panjurlarla müqayisədə daha yüksək qiymətlərlə nəticələnir.
● Artan səs-küy potensialı – Sensor dizaynından asılı olaraq, piksel başına əlavə elektronika oxunuşda səs-küyə səbəb ola bilər.
Rolling Shutter Anlaşma
Rolling Panjur necə işləyir
Yalnız 4 tranzistordan və heç bir saxlama qovşağından istifadə edərək, CMOS piksel dizaynının bu daha sadə forması daha mürəkkəb elektron bağlama əməliyyatına gətirib çıxarır. Rolling panjur pikselləri sensorun ekspozisiyasını hər dəfə bir sıra başlayır və dayandırır, sensoru aşağı salır. Hər ekspozisiya üçün əks ardıcıllıqla (şəkildə də göstərilmişdir) izlənilir:
Şəkil: 6x6 piksel kamera sensoru üçün sürüşmə prosesi
Birinci çərçivə sensorun yuxarı hissəsində ekspozisiyaya (sarı) başlayır və hər bir xətt üçün bir sətir sürətlə aşağıya doğru sürüşür. Üst sətir üçün ekspozisiya tamamlandıqdan sonra oxunan (bənövşəyi) və növbəti ekspozisiyanın başlanğıcı (mavi) sensoru aşağı sürüşdürür.
1. Qazanılmış yükləri yerdən təmizləyərək sensorun yuxarı cərgəsinə məruz qalmağa başlayın.
2. "Sıra vaxtı" keçdikdən sonra sensorun ikinci sırasına keçin və sensoru təkrarlayaraq ekspozisiyaya başlayın.
3. Üst sıra üçün tələb olunan ekspozisiya müddəti başa çatdıqdan sonra oxunma arxitekturası vasitəsilə əldə edilmiş ödənişləri göndərməklə ekspozisiyanı bitirin. Bunu etmək üçün sərf olunan vaxt "sıra vaxtı"dır.
4. Sıra üçün oxunma tamamlanan kimi, əvvəlki ekspozisiyanı yerinə yetirən digər cərgələrlə üst-üstə düşmə demək olsa belə, 1-ci addımdan yenidən ekspozisiyaya başlamağa hazırdır.
Rolling Panjurun üstünlükləri
●Aşağı İşıqda Daha Yaxşı Performans– Piksel dizaynları zəif şəraitdə siqnalın səs-küy nisbətini yaxşılaşdıraraq işıq toplanmasına üstünlük verə bilər.
●Daha yüksək dinamik diapazon– Ardıcıl oxu dizaynları daha parlaq işıqlandırmaları və qaranlıq kölgələri daha zərif idarə edə bilər.
●Daha sərfəli– Rolling shutter CMOS sensorlar daha çox yayılmışdır və istehsalı üçün sərfəli olur.
Rolling Shutter məhdudiyyətləri
●Hərəkət Artefaktları– Sürətlə hərəkət edən obyektlər əyilmiş və ya əyilmiş görünə bilər, bu da “yayılan çekim effekti” kimi tanınır.
●Videoda Jello Effekti– Vibrasiyalı və ya sürətli sürüşmə ilə əl çəkilişləri təsvirdə yırğalanmaya səbəb ola bilər.
●Sinxronizasiya Problemləri– Xarici hadisələrlə dəqiq vaxtlama tələb edən tətbiqlər üçün daha az idealdır.
Qlobal və Rolling Panjur: Yan-yana Müqayisə
Budur, yuvarlanan və qlobal panjurların necə müqayisə edildiyinin yüksək səviyyəli görünüşü:
| Xüsusiyyət | Rolling Panjur | Qlobal Kepenk |
| Piksel dizaynı | 4-tranzistor (4T), saxlama qovşağı yoxdur | 5+ tranzistor, saxlama node daxildir |
| İşığa həssaslıq | Arxadan işıqlandırılan formata asanlıqla uyğunlaşdırılan daha yüksək doldurma faktoru → daha yüksək QE | Aşağı doldurma faktoru, BSI daha mürəkkəbdir |
| Səs-küy Performansı | Ümumiyyətlə aşağı oxunan səs-küy | Əlavə edilmiş dövrə səbəbindən bir az daha yüksək səs-küy ola bilər |
| Hərəkət təhrifi | Mümkün (əyri, yırğalanma, jele effekti) | Yoxdur — bütün piksellər eyni vaxtda ifşa olunur |
| Sürət Potensialı | Ekspozisiyaları üst-üstə qoya və çoxlu sətirləri oxuya bilər; bəzi dizaynlarda tez-tez daha sürətli | Tam kadr oxunuşu ilə məhdudlaşır, baxmayaraq ki, bölünmüş oxunuş kömək edə bilər |
| Xərc | Aşağı istehsal dəyəri | Daha yüksək istehsal dəyəri |
| Ən yaxşı istifadə halları | Aşağı işıqlı görüntülər, kinematoqrafiya, ümumi fotoqrafiya | Yüksək sürətli hərəkət tutma, sənaye yoxlaması, dəqiq metrologiya |
Əsas Performans Fərqləri
Rolling panjur pikselləri adətən yaddaş qovşağı olmadan 4 tranzistorlu (4T) dizayndan istifadə edir, qlobal panjurlar isə oxunmazdan əvvəl fotoelektronları saxlamaq üçün hər piksel üçün 5 və ya daha çox tranzistor və əlavə dövrə tələb edir.
●Doldurma Faktoru və Həssaslıq– Daha sadə 4T arxitekturası daha yüksək piksel doldurma faktoruna imkan verir, yəni hər pikselin səthinin daha çox hissəsi işıq toplanmasına həsr olunub. Bu dizayn, yuvarlanan qapaq sensorlarının arxadan işıqlandırılan formata daha asan uyğunlaşdırıla bilməsi ilə birlikdə, çox vaxt daha yüksək kvant səmərəliliyi ilə nəticələnir.
●Səs-küy Performansı– Daha az tranzistor və daha az mürəkkəb dövrə ümumiyyətlə yuvarlanan panjurların daha az oxunan səs-küy nümayiş etdirməsi deməkdir ki, bu da onları az işıqlı tətbiqlərə daha uyğun edir.
●Sürət Potensialı– Rolling panjurlar müəyyən arxitekturalarda daha sürətli ola bilər, çünki onlar üst-üstə düşən ekspozisiya və oxumağa imkan verir, baxmayaraq ki, bu sensor dizaynı və oxunuş elektronikasından çox asılıdır.
Xərclər və İstehsalat - Yayılan panjur piksellərinin sadəliyi adətən qlobal panjurlarla müqayisədə istehsal xərclərini aşağı salır.
Qabaqcıl Mülahizələr və Texnikalar
Pseudo-Qlobal Shutter
İşığın sensora nə vaxt çatdığını dəqiq idarə edə bildiyiniz hallarda (məsələn, aparat tərəfindən işə salınan LED və ya lazer işıq mənbəyindən istifadə etməklə) yuvarlanan qapaq ilə “qlobal kimi” nəticələr əldə edə bilərsiniz. Bu psevdo-qlobal çekim metodu işıqlandırmanı ekspozisiya pəncərəsi ilə sinxronlaşdırır, əsl qlobal çekim dizaynını tələb etmədən hərəkət artefaktlarını minimuma endirir.
Şəkil üst-üstə düşür
Rolling shutter sensorlar cari kadrın oxunması tamamlanmamışdan əvvəl növbəti kadrı ifşa etməyə başlaya bilər. Bu üst-üstə düşən ifşa iş dövrünü yaxşılaşdırır və saniyədə maksimum kadr sayını əldə etməyin vacib olduğu yüksək sürətli tətbiqlər üçün faydalıdır, lakin zamana həssas təcrübələri çətinləşdirə bilər.
Birdən çox cərgə oxunuşu
Bir çox yüksək sürətli CMOS kameraları eyni anda birdən çox piksel sırasını oxuya bilir. Bəzi rejimlərdə sətirlər cüt-cüt oxunur; qabaqcıl dizaynlarda eyni vaxtda dörd cərgəyə qədər oxuna bilər, bu da ümumi kadr oxuma vaxtını effektiv şəkildə azaldır.
Split Sensor Memarlığı
Həm yuvarlanan, həm də qlobal panjurlar bölünmüş sensor düzenindən istifadə edə bilər, burada təsvir sensoru şaquli olaraq iki yarıya bölünür, hər biri öz ADC sırasına malikdir.
● Yayılan tənzimləmə sensorlarında oxuma tez-tez mərkəzdən başlayır və həm yuxarıya, həm də aşağıya doğru yuvarlanır və gecikmə müddətini daha da azaldır.
● Qlobal çekim dizaynlarında bölünmüş oxuma ekspozisiya eyni vaxtda dəyişmədən kadr sürətlərini yaxşılaşdıra bilər.
Tətbiqiniz üçün Necə Seçmək olar: Rolling və ya Qlobal Kepenk?
Qlobal deklanşör tətbiqlərə fayda verə bilər
● Hadisələrin yüksək dəqiqlikli vaxtını tələb edin
● Çox qısa məruz qalma vaxtları tələb olunur
● Hadisə ilə sinxronizasiya üçün əldə etmə başlamazdan əvvəl sub-millisaniyə gecikmə tələb edin
● Böyük miqyaslı hərəkəti və ya dinamikanı yuvarlanan qapaqla oxşar və ya daha sürətli zaman miqyasında çəkin
● Sensor üzrə eyni vaxtda əldə etməyi tələb edir, lakin geniş ərazidə psevdo-qlobal çekimdən istifadə etmək üçün işıq mənbələrini idarə edə bilmir
Yuvarlanan panjur tətbiqlərə faydalı ola bilər
● Çətin işıqlı tətbiqlər: Yalan kameraların əlavə kvant səmərəliliyi və aşağı səs-küyü çox vaxt təkmilləşdirilmiş SNR-yə səbəb olur.
● Sensor üzrə dəqiq sinxronluğun vacib olmadığı və ya eksperimental vaxt miqyası ilə müqayisədə gecikmənin kiçik olduğu yüksək sürətli tətbiqlər
● Qapalı kameraların istehsalının sadəliyi və aşağı qiymətinin faydalı olduğu digər daha ümumi tətbiqlər
Ümumi Yanlış Anlayışlar
1. "Yuvarlanan kepenk həmişə pisdir."
Doğru deyil - yuvarlanan panjurlar bir çox istifadə halları üçün idealdır və tez-tez aşağı işıqda və dinamik diapazonda qlobal panjurlardan üstündür.
2. "Qlobal çekim həmişə daha yaxşıdır."
Təhrifsiz çəkiliş bir üstünlük olsa da, qiymət, səs-küy və həssaslıqda üstünlüklər daha yavaş templi təsvirin faydalarından üstün ola bilər.
3. "Yalvaran panjurla video çəkə bilməzsiniz."
Bir çox yüksək səviyyəli kinoteatr kameraları yayma panjurlardan səmərəli istifadə edir; diqqətli çəkiliş texnikası artefaktları minimuma endirə bilər.
4. "Qlobal panjurlar bütün hərəkət bulanıqlığını aradan qaldırır."
Onlar həndəsi təhrifin qarşısını alır, lakin uzun ekspozisiya zamanı hərəkət bulanıqlığı hələ də baş verə bilər.
Nəticə
CMOS kamerada qlobal və fırlanan qapaq texnologiyası arasında seçim hərəkətin idarə edilməsi, işığa həssaslıq, xərc və xüsusi tətbiq ehtiyaclarınız arasındakı tarazlığa əsaslanır.
● Sürətlə hərəkət edən səhnələr üçün təhrifsiz çəkməyə ehtiyacınız varsa, qlobal çekim aydın seçimdir.
● Aşağı işıqda performansa, dinamik diapazona və büdcəyə üstünlük verirsinizsə, fırlanan kepenk çox vaxt ən yaxşı nəticələri verir.
Bu fərqləri başa düşmək düzgün aləti seçməyinizi təmin edir - istər elmi təsvir, istər sənaye monitorinqi, istərsə də yaradıcı istehsal üçün.
Tez-tez verilən suallar
Hava fotoşəkilləri və ya dron xəritələri üçün hansı çekim növü daha yaxşıdır?
Həndəsi dəqiqliyin vacib olduğu xəritəçəkmə, ölçmə və yoxlama üçün təhrifin qarşısını almaq üçün qlobal deklanşörə üstünlük verilir. Bununla belə, kreativ hava videosu üçün, hərəkətlər idarə olunarsa, yuvarlanan çekim hələ də əla nəticələr verə bilər.
Çekim seçimi aşağı işıqlı görüntülərə necə təsir edir?
Yuvarlanan panjurlar, ümumiyyətlə, aşağı işıq performansında üstünlüyə malikdir, çünki onların piksel dizaynları işıq toplama səmərəliliyinə üstünlük verə bilər. Qlobal panjurlar həssaslığı bir qədər azalda bilən daha mürəkkəb dövrə tələb edə bilər, baxmayaraq ki, müasir dizaynlar bu boşluğu bağlayır.
Çekim növü aelmi kamera?
Yüksək sürətli elmi təsvirlərdə (məsələn, hissəciklərin izlənilməsi, hüceyrə dinamikası və ya ballistika) hərəkətin təhrifinin qarşısını almaq üçün qlobal çekim çox vaxt vacibdir. Lakin aşağı işıqlı flüoresan mikroskopiya üçün, ansCMOS kameraHəssaslığı və dinamik diapazonu maksimuma çatdırmaq üçün yuvarlanan panjur seçilə bilər.
Sənaye yoxlaması üçün hansı daha yaxşıdır?
Əksər sənaye təftiş tapşırıqlarında, xüsusən də hərəkət edən konveyer kəmərləri, robototexnika və ya maşın görmə ilə bağlı tapşırıqlarda, hərəkətdən qaynaqlanan həndəsi xətalar olmadan dəqiq ölçmələri təmin etmək üçün qlobal bağlama daha təhlükəsiz seçimdir.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Bütün hüquqlar qorunur. İstinad edərkən mənbəni qeyd edin:www.tucsen.com
