25/08/21Sa kalibutan sa digital imaging, pipila ka mga teknikal nga hinungdan ang nakaimpluwensya sa kalidad sa imahe sama sa tipo sa electronic shutter sa imong sensor. Nag-shoot ka man sa high-speed nga mga proseso sa industriya, nag-film sa mga cinematic sequence, o nagkuha sa hinay nga astronomical phenomena, ang shutter nga teknolohiya sa sulod sa imong CMOS camera adunay usa ka kritikal nga papel kung giunsa ang imong katapusan nga imahe.
Duha ka dominanteng klase sa CMOS electronic shutters, global shutters ug rolling shutters, nagkuha ug lahi kaayo nga pamaagi sa pagbutyag ug pagbasa sa kahayag gikan sa sensor. Ang pagsabut sa ilang mga kalainan, kalig-on, ug mga trade-off hinungdanon kung gusto nimo nga ipares ang imong sistema sa imaging sa imong aplikasyon.
Kini nga artikulo magpatin-aw kung unsa ang CMOS electronic shutters, kung giunsa ang global ug rolling shutters, kung giunsa nila paglihok sa tinuod nga kalibutan nga mga sitwasyon, ug kung giunsa ang pagdesisyon kung unsa ang labing maayo alang kanimo.
Unsa ang CMOS Electronic Shutters?
Ang CMOS sensor mao ang kasingkasing sa kadaghanan sa mga modernong camera. Kini ang responsable sa pag-convert sa umaabot nga kahayag ngadto sa mga electrical signal nga mahimong maproseso ngadto sa usa ka imahe. Ang "shutter" sa aCMOS nga kameradili kinahanglan nga mekanikal nga kurtina—daghang modernong mga disenyo ang nagsalig sa usa ka electronic shutter nga nagkontrol kung giunsa ug kanus-a makuha sa mga pixel ang kahayag.
Dili sama sa usa ka mekanikal nga shutter nga pisikal nga nagbabag sa kahayag, ang usa ka electronic shutter nagtrabaho pinaagi sa pagsugod ug pagpahunong sa dagan sa bayad sulod sa matag pixel. Sa CMOS imaging, adunay duha ka nag-unang electronic shutter architectures: global shutter ug rolling shutter.
Nganong importante ang kalainan? Tungod kay ang pamaagi sa pagkaladlad ug pagbasa direkta nga makaapekto sa:
● Paghubad sa paglihok ug pagtuis
● Hait nga hulagway
● Low-light sensitivity
● Frame rate ug latency
● Kinatibuk-ang pagkahaom alang sa lain-laing matang sa photography, video, ug scientific imaging
Pagsabot sa Global Shutter
Tinubdan: GMAX3405 Global Shutter Sensor
Giunsa Naglihok ang Global Shutter
Ang CMOS Global shutter camera magsugod ug motapos sa ilang exposure dungan sa tibuok sensor. Kini makab-ot gamit ang 5 o labaw pa nga mga transistor matag pixel, ug usa ka 'storagenode' nga nagkupot sa nakuha nga mga singil sa photoelectron atol sa pagbasa. Ang pagkasunod-sunod sa usa ka exposure mao ang mosunod:
1. Sugdi ang exposure dungan sa matag pixel pinaagi sa paghawan sa nakuha nga mga singil ngadto sa yuta.
2. Paghulat sa gipili nga oras sa pagkaladlad.
3. Sa pagtapos sa exposure, ibalhin ang nakuha nga charges ngadto sa storage node sa matag pixel, pagtapos sa exposure sa maong frame.
4. Liray sa laray, ibalhin ang mga electron ngadto sa readout capacitor sa pixel, ug i-relay ang natigom nga boltahe sa readout architecture, nga mosangko sa analogue-to-digital converters (ADCs). Ang sunod nga pagkaladlad kasagarang mahimo nga dungan sa kini nga lakang.
Mga Bentaha sa Global Shutter
● Walay Motion Distortion – Ang naglihok nga mga subject nagpabilin sa ilang porma ug geometry nga walay skew o wobble nga mahimong mahitabo sa sequential readout.
● High-Speed Capture – Maayo alang sa nagyelo nga paglihok sa paspas nga paglihok nga mga eksena, sama sa sports, robotics, o pagkontrol sa kalidad sa paggama.
● Ubos nga Latency - Ang tanan nga datos sa imahe magamit sa usa ka higayon, nga makapahimo sa tukma nga pag-synchronize sa mga panghitabo sa gawas, sama sa mga pulso sa laser o mga suga sa strobe.
Mga Limitasyon sa Global Shutter
● Ubos nga Pagkasensitibo sa Kahayag - Ang ubang mga global shutter pixel nga mga disenyo nagsakripisyo sa kahayag-pagpundok nga kahusayan aron ma-accommodate ang circuitry nga gikinahanglan alang sa dungan nga pagkaladlad.
● Mas Taas nga Gasto & Kakomplikado – Mas mahagiton ang paghimo, kasagarang moresulta sa mas taas nga presyo kon itandi sa rolling shutter counterparts.
● Potensyal alang sa Dugang nga Kasaba – Depende sa disenyo sa sensor, ang dugang nga electronics matag pixel mahimong mosangpot sa mas taas nga kasaba sa pagbasa.
Pagsabot sa Rolling Shutter
Giunsa Paglihok ang Rolling Shutter
Gamit lang ang 4 ka transistor ug walay storage node, kining mas simple nga porma sa CMOS pixel design mosangpot sa mas komplikado nga electronic shutter operation. Ang rolling shutter pixels magsugod ug mohunong sa exposure sa sensor sa usa ka laray matag higayon, 'pagligid' sa sensor. Ang sunodsunod nga kaatbang (gipakita usab sa numero) gisundan alang sa matag pagkaladlad:
Hulagway: Rolling shutter process para sa 6x6 pixel camera sensor
Ang unang frame magsugod sa exposure (yellow) sa ibabaw sa sensor, pagsilhig paubos sa gikusgon nga usa ka linya kada oras sa linya. Kung nahuman na ang pagkaladlad alang sa taas nga linya, ang gibasa (purpura) nga gisundan sa pagsugod sa sunod nga pagkaladlad (asul) nga gisilhig sa sensor.
1. Sugdi ang pagkaladlad sa ibabaw nga laray sa sensor pinaagi sa paghawan sa nakuha nga mga singil ngadto sa yuta.
2. Human molabay ang 'panahon sa laray', balhin sa ikaduhang laray sa sensor ug sugdi ang pagkaladlad, balikbalik ang sensor.
3. Kung nahuman na ang gipangayo nga oras sa pagkaladlad alang sa taas nga laray, tapuson ang pagkaladlad pinaagi sa pagpadala sa nakuha nga mga bayad pinaagi sa arkitektura sa pagbasa. Ang oras nga gikuha sa pagbuhat niini mao ang 'panahon sa linya'.
4. Sa diha nga ang pagbasa nahuman na alang sa usa ka laray, kini andam na sa pagsugod pag-usab gikan sa Lakang 1, bisan kung kana nagpasabut nga magsapaw sa ubang mga laray nga nagpahigayon sa miaging pagkaladlad.
Mga bentaha sa Rolling Shutter
●Mas Maayo nga Low-Light Performance- Ang mga disenyo sa pixel mahimong mag-una sa pagkolekta sa kahayag, pagpaayo sa signal-to-noise ratio sa ngitngit nga mga kondisyon.
●Taas nga Dynamic Range- Ang sunud-sunod nga mga disenyo sa pagbasa makahimo sa pagdumala sa mas hayag nga mga highlight ug mas itom nga mga anino nga mas nindot.
●Mas Affordable– Ang rolling shutter CMOS sensors mas komon ug cost-effective sa paghimo.
Mga Limitasyon sa Rolling Shutter
●Mga Artifact sa Paglihok– Ang paspas nga paglihok nga mga hilisgutan mahimong makita nga liko o gibawog, nailhan nga "rolling shutter effect."
●Epekto sa Jello sa Video– Handheld footage nga adunay vibration o paspas nga panning mahimong hinungdan sa pagkurog sa imahe.
●Mga Hagit sa Pag-synchronize- Dili kaayo maayo alang sa mga aplikasyon nga nanginahanglan tukma nga oras sa mga panghitabo sa gawas.
Global kumpara sa Rolling Shutter: Pagkumpara sa Side-by-Side
Ania ang taas nga lebel nga pagtan-aw kung giunsa pagtandi ang rolling ug global shutters:
| Feature | Rolling Shutter | Global Shutter |
| Disenyo sa Pixel | 4-transistor (4T), walay storage node | 5+ transistors, naglakip sa storage node |
| Pagkasensitibo sa Kahayag | Mas taas nga fill factor, dali nga ipahiangay sa back-iluminated format → mas taas nga QE | Ubos nga hinungdan sa pagpuno, mas komplikado ang BSI |
| Kasaba Performance | Kasagaran ubos nga pagbasa sa kasaba | Mahimong adunay gamay nga kasaba tungod sa dugang nga circuitry |
| Distorsyon sa Paglihok | Posible (skew, wobble, jello effect) | Wala - ang tanan nga mga pixel gibutyag dungan |
| Potensyal nga Speed | Mahimong magsapaw-sapaw sa mga exposure ug mobasa sa daghang mga laray; kasagaran mas paspas sa pipila ka mga disenyo | Limitado sa full-frame readout, bisan ang split readout makatabang |
| Gasto | Ubos nga gasto sa paggama | Mas taas nga gasto sa paggama |
| Labing Maayo nga Mga Kaso sa Paggamit | Low-light imaging, cinematography, kinatibuk-ang litrato | Ang high-speed motion capture, inspeksyon sa industriya, precision metrology |
Mga Kalainan sa Kinauyokan nga Pagganap
Ang rolling shutter pixels kasagarang naggamit ug 4-transistor (4T) nga disenyo nga walay storage node, samtang ang global shutters nagkinahanglan ug 5 o labaw pa nga mga transistor kada pixel ug dugang nga circuitry aron magtipig sa mga photoelectron sa dili pa basahon.
●Pun-a ang hinungdan ug pagkasensitibo- Ang mas simple nga 4T nga arkitektura nagtugot sa usa ka mas taas nga pixel fill factor, nagpasabot nga mas daghan sa matag pixel's surface ang gipahinungod sa light collection. Kini nga disenyo, inubanan sa kamatuoran nga ang rolling shutter sensors mahimong mas sayon nga ipahiangay ngadto sa back-iluminated format, kasagaran moresulta sa mas taas nga quantum efficiency.
●Kasaba Performance– Diyutay nga mga transistor ug dili kaayo komplikado nga circuitry sa kasagaran nagpasabut nga ang mga rolling shutters nagpakita sa mas ubos nga basa nga kasaba, nga naghimo kanila nga mas haum sa mga aplikasyon nga ubos ang kahayag.
●Potensyal nga Speed- Ang mga rolling shutter mahimong mas paspas sa pipila ka mga arkitektura tungod kay gitugotan nila ang nagsapaw nga pagkaladlad ug pagbasa, bisan kung kini nagsalig kaayo sa disenyo sa sensor ug mga elektronik nga pagbasa.
Gasto ug Paggama - Ang kayano sa rolling shutter pixels kasagarang gihubad ngadto sa ubos nga gasto sa produksyon kumpara sa global shutters.
Mga Abanteng Konsiderasyon ug mga Teknik
Pseudo-Global Shutter
Sa mga sitwasyon diin tukma nimong makontrol kung kanus-a moabot ang kahayag sa sensor—sama sa paggamit og LED o laser light source nga gi-trigger sa hardware—mahimo nimong makab-ot ang "global-like" nga mga resulta gamit ang rolling shutter. Kini nga pseudo-global shutter nga pamaagi nag-synchronize sa kahayag sa exposure window, nga nagpamenos sa motion artifact nga wala magkinahanglan og tinuod nga global shutter design.
Imahe nga nagsapaw
Ang mga rolling shutter sensor mahimong magsugod sa pagbutyag sa sunod nga frame sa dili pa makompleto ang pagbasa sa kasamtangan nga frame. Kini nga nagsapaw-sapaw nga pagkaladlad nagpauswag sa siklo sa katungdanan ug mapuslanon alang sa mga high-speed nga aplikasyon diin ang pagkuha sa labing kadaghan nga mga frame matag segundo hinungdanon, apan mahimo’g makapakomplikado sa mga eksperimento nga sensitibo sa oras.
Pagbasa sa Daghang Laray
Daghang high-speed CMOS camera ang makabasa ug labaw sa usa ka laray sa mga pixel matag higayon. Sa pipila ka mga paagi, ang mga laray gibasa nga pares; sa mga advanced nga disenyo, hangtod sa upat ka laray ang mahimong basahon nga dungan, epektibo nga makapamenos sa kinatibuk-ang oras sa pagbasa sa frame.
Arkitektura sa Split Sensor
Ang mga rolling ug global shutters mahimong mogamit ug split sensor layout, diin ang image sensor gibahin sa vertically ngadto sa duha ka halves, ang matag usa adunay kaugalingong laray sa ADCs.
● Sa rolling shutter split sensors, ang readout sagad magsugod gikan sa tunga ug moliko paingon sa gawas paingon sa ibabaw ug ubos, nga mas makapamenos sa latency.
● Sa pangkalibutanon nga mga disenyo sa shutter, ang split readout makapauswag sa frame rates nga dili mausab ang exposure sa simultaneity.
Giunsa Pagpili alang sa Imong Aplikasyon: Rolling o Global Shutter?
Ang global shutter mahimong makabenepisyo sa mga aplikasyon
● Nanginahanglan ug taas nga tukma nga oras sa mga panghitabo
● Nagkinahanglan ug mubo kaayo nga mga panahon sa pagkaladlad
● Nagkinahanglan og sub-millisecond nga paglangan sa dili pa magsugod ang usa ka acquisition aron ma-synchronize sa usa ka panghitabo
● Pagkuha ug dinagkong lihok o dynamics sa susama o mas paspas nga timescale sa rolling shutter
● Nagkinahanglan og dungan nga pagkuha tabok sa sensor, apan dili makontrol ang mga tinubdan sa kahayag aron magamit ang pseudo-global shutter sa usa ka dako nga lugar
Ang rolling shutter mahimong makabenepisyo sa mga aplikasyon
● Mahagiton nga ubos nga kahayag nga mga aplikasyon: Ang dugang nga quantum efficiency ug mas ubos nga kasaba sa rolling shutter camera kasagaran mosangpot sa mas maayo nga SNR
● High-speed nga mga aplikasyon diin ang eksaktong pagkadungan sa tibuok sensor dili importante, o ang paglangan gamay ra kon itandi sa mga eksperimento nga timescales
● Uban pang mas kasagarang mga aplikasyon diin ang pagkayano sa paghimo ug mas mubu nga gasto sa mga rolling shutter camera mapuslanon
Kasagarang Sayop nga Pagtuo
1. "Ang rolling shutter kanunay nga dili maayo."
Dili tinuod — ang mga rolling shutter maayo alang sa daghang mga kaso sa paggamit ug kasagaran labaw sa global shutters sa ubos nga kahayag ug dinamikong range.
2. "Ang global shutter kanunay nga mas maayo."
Samtang ang pagdakop nga wala’y pagtuis usa ka bentaha, ang mga pagbag-o sa gasto, kasaba, ug pagkasensitibo mahimong molapas sa mga benepisyo sa hinay nga pag-imaging.
3. "Dili ka maka-shoot og video gamit ang rolling shutter."
Daghang mga high-end nga cinema camera ang epektibo nga naggamit sa rolling shutters; mabinantayon nga mga teknik sa pagpamusil makapakunhod sa mga artifact.
4. "Global shutters nagwagtang sa tanang motion blur."
Gipugngan nila ang geometric distortion, apan ang motion blur gikan sa taas nga mga panahon sa pagkaladlad mahimo gihapon nga mahitabo.
Panapos
Ang pagpili tali sa global ug rolling shutter nga teknolohiya sa usa ka CMOS camera nag-agad sa balanse tali sa motion handling, light sensitivity, gasto, ug sa imong piho nga mga panginahanglanon sa aplikasyon.
● Kung kinahanglan nimo ang pagdakop nga wala’y pagtuis alang sa paspas nga paglihok nga mga eksena, ang global shutter mao ang klaro nga kapilian.
● Kon imong unahon ang ubos nga kahayag nga performance, dynamic range, ug budget, ang rolling shutter kasagarang makahatag sa pinakamaayong resulta.
Ang pagsabut niini nga mga kalainan nagsiguro nga makapili ka sa husto nga himan-bisan kini alang sa siyentipikong paglarawan, pag-monitor sa industriya, o paghimo sa mamugnaon.
Mga FAQ
Unsang tipo sa shutter ang mas maayo para sa aerial photography o drone mapping?
Alang sa pagmapa, pagsurbi, ug pag-inspeksyon kung diin hinungdanon ang geometric nga katukma, gipalabi ang global shutter aron malikayan ang pagtuis. Bisan pa, alang sa mamugnaon nga aerial video, ang usa ka rolling shutter makahatag gihapon og maayo nga mga resulta kung kontrolado ang mga lihok.
Sa unsang paagi ang pagpili sa shutter makaapekto sa low-light imaging?
Ang mga rolling shutter sa kasagaran adunay bentaha sa ubos nga kahayag nga performance tungod kay ang ilang mga pixel nga mga disenyo mahimong mag-una sa kahayag-gathering efficiency. Ang mga global shutters mahimong magkinahanglan og mas komplikado nga circuitry nga makapakunhod og gamay sa pagkasensitibo, bisan tuod ang mga modernong disenyo nagsira niini nga gintang.
Sa unsang paagi makaapekto ang tipo sa shutter asiyentipikong kamera?
Sa high-speed scientific imaging—sama sa particle tracking, cell dynamics, o ballistics—usa ka global shutter kasagarang kinahanglanon aron malikayan ang motion distortion. Apan alang sa low-light fluorescence microscopy, usa kasCMOS nga kameranga adunay rolling shutter mahimong pilion aron mapadako ang pagkasensitibo ug dinamikong range.
Unsa ang mas maayo alang sa inspeksyon sa industriya?
Sa kadaghanan sa mga buluhaton sa pag-inspeksyon sa industriya-ilabi na sa mga naglambigit sa paglihok sa mga conveyor belt, robotics, o panan-aw sa makina-usa ka global shutter ang mas luwas nga kapilian aron masiguro ang tukma nga mga pagsukod nga wala’y mga sayup nga geometriko nga gipahinabo sa paglihok.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Tanang katungod gigahin. Sa pagkutlo, palihog ilha ang tinubdan:www.tucsen.com
