25/08/21En la mondo de cifereca bildigo, malmultaj teknikaj faktoroj influas bildkvaliton tiom kiom la tipo de elektronika obturatoro en via sensilo. Ĉu vi filmas altrapidajn industriajn procezojn, filmas kinematografiajn sekvencojn aŭ kaptas malfortajn astronomiajn fenomenojn, la obturatora teknologio ene de via CMOS-fotilo ludas gravan rolon en kiel via fina bildo rezultas.
Du dominaj tipoj de CMOS elektronikaj obturatoroj, tutmondaj obturatoroj kaj ruliĝantaj obturatoroj, uzas tre malsamajn alirojn al eksponado kaj legado de lumo de sensilo. Kompreni iliajn diferencojn, fortojn kaj kompromisojn estas esenca se vi volas adapti vian bildigan sistemon al via apliko.
Ĉi tiu artikolo klarigos, kio estas CMOS-elektronaj obturatoroj, kiel funkcias tutmondaj kaj ruliĝantaj obturatoroj, kiel ili agas en realmondaj situacioj, kaj kiel decidi, kiu estas plej bona por vi.
Kio estas CMOS elektronikaj obturatoroj?
CMOS-sensilo estas la koro de plej multaj modernaj fotiloj. Ĝi respondecas pri konvertado de alvenanta lumo en elektrajn signalojn, kiuj povas esti prilaboritaj en bildon. La "obturatoro" enCMOS-fotilone nepre estas mekanika kurteno — multaj modernaj dezajnoj dependas de elektronika obturatoro, kiu kontrolas kiel kaj kiam pikseloj kaptas lumon.
Male al mekanika obturatoro, kiu fizike blokas lumon, elektronika obturatoro funkcias per komencado kaj haltigo de la fluo de ŝargo ene de ĉiu pikselo. En CMOS-bildigo, ekzistas du ĉefaj elektronikaj obturatoraj arkitekturoj: tutmonda obturatoro kaj rulanta obturatoro.
Kial distingo gravas? Ĉar la metodo de eksponado kaj legado rekte influas:
● Moviĝa bildigo kaj distordo
● Bilda akreco
● Malalta lumsentemo
● Framfrekvenco kaj latenteco
● Ĝenerala taŭgeco por diversaj specoj de fotografio, video kaj scienca bildigo
Komprenante Tutmondan Obturatoron
Fonto: GMAX3405 Tutmonda Obturatora Sensilo
Kiel Tutmonda Obturatoro Funkcias
CMOS-fotiloj kun tutmonda obturatoro komencas kaj finas sian eksponadon samtempe tra la tuta sensilo. Ĉi tio estas atingita uzante 5 aŭ pli da transistoroj por pikselo, kaj "stokagenodon", kiu tenas akiritajn fotoelektronajn ŝargojn dum legado. La sekvenco de eksponado estas jena:
1. Komencu la eksponadon samtempe en ĉiu pikselo per forigado de akiritaj ŝargoj al la tero.
2. Atendu la elektitan ekspontempon.
3. Ĉe la fino de la eksponado, movu la akiritajn ŝargojn al la memornodo en ĉiu pikselo, finante la eksponadon de tiu kadro.
4. Vico post vico, movu elektronojn en la legilkondensatoron de la pikselo, kaj relaju la akumulitan tension al la legilarkitekturo, kulminante per la analog-ciferecaj konvertiloj (ADC-oj). La sekva eksponado povas tipe esti farita samtempe kun ĉi tiu paŝo.
Avantaĝoj de Tutmonda Obturatoro
● Neniu Movada Misprezento - Moviĝantaj objektoj retenas sian formon kaj geometrion sen la oblikveco aŭ ŝanceliĝemo, kiuj povas okazi ĉe sinsekva legado.
● Alt-Rapida Kaptado - Ideala por frostigi moviĝon en rapide moviĝantaj scenoj, kiel ekzemple en sportoj, robotiko aŭ fabrikada kvalito-kontrolo.
● Malalta Latenteco - Ĉiuj bilddatumoj estas haveblaj samtempe, ebligante precizan sinkronigadon kun eksteraj eventoj, kiel laseraj pulsoj aŭ stroboskopaj lumoj.
Limigoj de Tutmonda Obturatoro
● Pli malalta lumsentemo - Kelkaj tutmondaj obturatoraj pikselaj dezajnoj oferas lumkolektan efikecon por akomodi la cirkviton bezonatan por samtempa eksponado.
● Pli alta Kosto kaj Komplekseco - Fabrikado estas pli malfacila, ofte rezultigante pli altajn prezojn kompare kun rulŝurnaj ekvivalentoj.
● Potencialo por Pliigita Bruo - Depende de la sensora dezajno, la ekstra elektroniko por pikselo povas konduki al iomete pli alta legbruo.
Komprenante Ruliĝantan Obturon
Kiel Ruliĝanta Obturatoro Funkcias
Uzante nur 4 transistorojn kaj neniun memornodon, ĉi tiu pli simpla formo de CMOS-piksela dezajno kondukas al pli komplika elektronika obturatora operacio. Ruliĝantaj obturatoraj pikseloj komencas kaj haltigas la eksponadon de la sensilo unu vicon samtempe, "ruliĝante" laŭ la sensilo. La kontraŭa sekvenco (ankaŭ montrita en la figuro) estas sekvata por ĉiu eksponado:
Figuro: Rulanta obturatora procezo por 6x6-piksela kameraa sensilo
La unua kadro komencas la eksponadon (flava) ĉe la supro de la sensilo, balaante malsupren je rapideco de unu linio por liniotempo. Post kiam la eksponado finiĝis por la supra linio, la legado (viola) sekvata de la komenco de la sekva eksponado (blua) balaas malsupren laŭ la sensilo.
1. Komencu eksponadon al la supra vico de la sensilo per forigado de akiritaj ŝargoj al la tero.
2. Post kiam la 'vicotempo' pasis, moviĝu al la dua vico de la sensilo kaj komencu eksponadon, ripetante laŭlonge de la sensilo.
3. Post kiam la petita ekspontempo finiĝis por la supra vico, finu la eksponadon sendante akiritajn ŝargojn tra la legarkitekturo. La tempo bezonata por fari tion estas la 'victempo'.
4. Tuj kiam la legado por vico finiĝas, ĝi pretas rekomenci la eksponadon de Paŝo 1, eĉ se tio signifas interkovriĝon kun aliaj vicoj plenumantaj la antaŭan eksponadon.
Avantaĝoj de Ruliĝanta Obturo
●Pli bona rendimento en malalta lumo– La pikselaj dezajnoj povas prioritatigi lumkolektadon, plibonigante la rilatumon signalo-bruo en malhelaj kondiĉoj.
●Pli alta dinamika gamo– Sinsekvaj legaĵaj dezajnoj povas pritrakti pli helajn kulminaĵojn kaj pli malhelajn ombrojn pli elegante.
●Pli Pagebla– Ruliĝantaj obturatoraj CMOS-sensiloj estas pli oftaj kaj kostefikaj por fabriki.
Limigoj de Ruliĝanta Obturatoro
●Moviĝaj Artefaktoj– Rapide moviĝantaj subjektoj povas aperi oblikvaj aŭ fleksitaj, konata kiel la "ruliĝanta obturatora efiko".
●Ĵelea Efiko en Video– Mane filmita filmaĵo kun vibrado aŭ rapida panoramo povas kaŭzi ŝanceliĝadon en la bildo.
●Sinkronigaj Defioj– Malpli ideala por aplikoj postulantaj precizan tempigon kun eksteraj okazaĵoj.
Tutmonda kontraŭ Rulanta Ŝtuparo: Flanka-al-Flanka Komparo
Jen altnivela vido pri kiel ruliĝantaj kaj tutmondaj obturatoroj kompariĝas:
| Trajto | Ruliĝanta obturatoro | Tutmonda Obturatoro |
| Piksela Dezajno | 4-transistoro (4T), neniu stoka nodo | 5+ transistoroj, inkluzivas stokadnodon |
| Lumsentemo | Pli alta pleniga faktoro, facile adaptebla al fonlumigita formato → pli alta QE | Pli malalta plenigfaktoro, BSI pli kompleksa |
| Brua Elfaro | Ĝenerale pli malalta legbruo | Povas havi iomete pli altan bruon pro aldonita cirkvito |
| Moviĝa Distordo | Ebla (misprezentita, ŝanceliĝanta, ĵelea efiko) | Neniu — ĉiuj pikseloj eksponitaj samtempe |
| Rapida Potencialo | Povas interkovri ekspoziciojn kaj legi plurajn vicojn; ofte pli rapide en iuj dezajnoj | Limigite per plen-kadra legado, kvankam dividita legado povas helpi |
| Kosto | Pli malalta fabrikada kosto | Pli alta fabrikada kosto |
| Plej Bonaj Uzokazoj | Malaltluma bildigo, kinematografio, ĝenerala fotografio | Alt-rapida moviĝkapto, industria inspektado, preciza metrologio |
Kernaj Diferencoj en Elfaro
Ruliĝantaj obturatoraj pikseloj tipe uzas 4-transistoran (4T) dezajnon sen stokadnodo, dum tutmondaj obturatoroj postulas 5 aŭ pli da transistoroj po pikselo plus kroman cirkviton por stoki fotoelektronojn antaŭ legado.
●Pleniga Faktoro kaj Sentemo– La pli simpla arkitekturo 4T permesas pli altan pikselan plenigfaktoron, kio signifas, ke pli da surfaco de ĉiu pikselo estas dediĉita al lumkolektado. Ĉi tiu dezajno, kombinita kun la fakto, ke ruliĝantaj obturatoraj sensiloj povas esti pli facile adaptitaj al malantaŭe lumigita formato, ofte rezultas en pli alta kvantuma efikeco.
●Brua Elfaro– Malpli da transistoroj kaj malpli kompleksaj cirkvitoj ĝenerale signifas, ke ruliĝantaj obturatoroj montras pli malaltan legbruon, igante ilin pli taŭgaj por aplikoj en malalta lumo.
●Rapida Potencialo– Ruliĝantaj obturatoroj povas esti pli rapidaj en certaj arkitekturoj ĉar ili permesas interkovrantan ekspozicion kaj legadon, kvankam tio tre dependas de la sensordezajno kaj lega elektroniko.
Kosto kaj Fabrikado - La simpleco de ruliĝantaj obturatoraj pikseloj tipe tradukiĝas al pli malaltaj produktokostoj kompare kun tutmondaj obturatoroj.
Altnivelaj Konsideroj kaj Teknikoj
Pseŭdo-Tutmonda Obturatoro
En situacioj kie vi povas precize kontroli kiam lumo atingas la sensilon — ekzemple uzante LED-on aŭ laseran lumfonton ekigitan per aparataro — vi povas atingi "tutmondecajn" rezultojn per rulanta obturatoro. Ĉi tiu pseŭdo-tutmonda obturatormetodo sinkronigas la lumon kun la ekspona fenestro, minimumigante moviĝartefaktojn sen postuli veran tutmondan obturatordezajnon.
Bilda Interkovro
Ruliĝantaj obturatoraj sensiloj povas komenci eksponi la sekvan kadron antaŭ ol la rezulto de la nuna kadro finiĝas. Ĉi tiu interkovranta eksponado plibonigas la ŝarĝciklon kaj estas utila por altrapidaj aplikoj, kie kapti la maksimuman nombron da kadroj por sekundo estas kritika, sed povas malfaciligi tempig-sentemajn eksperimentojn.
Multlinia Legado
Multaj altrapidaj CMOS-fotiloj povas legi pli ol unu vicon da pikseloj samtempe. En iuj reĝimoj, vicoj estas legitaj en paroj; en progresintaj dezajnoj, ĝis kvar vicoj povas esti legitaj samtempe, efike reduktante la totalan tempon por legado de bildoj.
Dividita Sensila Arkitekturo
Kaj ruliĝantaj kaj tutmondaj obturatoroj povas uzi dividitan sensoran aranĝon, kie la bildsensilo estas dividita vertikale en du duonojn, ĉiu kun sia propra vico de ADC-oj.
● En dividitaj sensiloj kun ruliĝanta obturatoro, la legado ofte komenciĝas de la centro kaj ruliĝas eksteren, direkte al kaj la supro kaj la fundo, plue reduktante latentecon.
● En tutmondaj obturatoraj dezajnoj, dividita legado povas plibonigi bildfrekvencojn sen ŝanĝi la samtempecon de ekspono.
Kiel elekti por via apliko: ruliĝanta aŭ tutmonda obturatoro?
La tutmonda obturatoro povas utili aplikojn
● Postulas altprecizan tempigon de eventoj
● Postulas tre mallongajn eksponajn tempojn
● Postuli sub-milisekundan prokraston antaŭ la komenco de akiro por sinkronigi kun evento
● Kaptu grandskalan moviĝon aŭ dinamikon je simila aŭ pli rapida temposkalo al rulanta obturatoro
● Postulas samtempan akiron tra la sensilo, sed ne povas regi lumfontojn por uzi pseŭdo-tutmondan obturatoron tra granda areo
La ruliĝanta obturatoro povas utili aplikojn
● Malfacilaj aplikoj en malalta lumo: La plia kvantuma efikeco kaj pli malalta bruo de ruliĝantaj obturatoraj fotiloj ofte kondukas al plibonigita signal-bruo (SNR)
● Alt-rapidaj aplikoj kie preciza samtempeco trans la sensilo ne gravas, aŭ la prokrasto estas malgranda kompare kun eksperimentaj temposkaloj
● Aliaj pli ĝeneralaj aplikoj kie la fabrikada simpleco kaj pli malalta kosto de ruliĝantaj obturatoraj fotiloj estas utilaj
Oftaj Miskomprenoj
1. "Rulanta obturatoro ĉiam estas malbona."
Ne vere — ruliĝantaj obturatoroj estas idealaj por multaj uzkazoj kaj ofte superas tutmondajn obturatorojn en malalta lumo kaj dinamika gamo.
2. "Tutmonda obturatoro ĉiam estas pli bona."
Kvankam senmistorda kapto estas avantaĝo, la kompromisoj pri kosto, bruo kaj sentiveco povas superpezi la avantaĝojn de pli malrapida bildigo.
3. "Vi ne povas filmi filmeton per rulanta obturatoro."
Multaj altkvalitaj kinejaj kameraoj efike uzas ruliĝantajn obturatorojn; zorgemaj filmteknikoj povas minimumigi artefaktojn.
4. "Tutmondaj obturatoroj forigas ĉian moviĝmalklarecon."
Ili malhelpas geometrian misprezenton, sed moviĝmalklareco pro longaj eksponaj tempoj ankoraŭ povas okazi.
Konkludo
La elekto inter tutmonda kaj rulanta obturatorteknologio en CMOS-fotilo reduktiĝas al la ekvilibro inter moviĝmanipulado, lumsentemo, kosto kaj viaj specifaj aplikaĵbezonoj.
● Se vi bezonas senmistordan kapton por rapide moviĝantaj scenoj, tutmonda obturatoro estas la klara elekto.
● Se vi prioritatigas rendimenton en malalta lumo, dinamikan gamon kaj buĝeton, la rulanta obturatoro ofte liveras la plej bonajn rezultojn.
Kompreni ĉi tiujn diferencojn certigas, ke vi povas elekti la ĝustan ilon — ĉu por scienca bildigo, industria monitorado aŭ kreiva produktado.
Oftaj demandoj
Kiu obturatortipo estas pli bona por aerfotado aŭ dronmapado?
Por mapado, geodezio kaj inspektado, kie geometria precizeco estas decida, tutmonda obturatoro estas preferata por eviti misprezenton. Tamen, por kreiva aera video, rulanta obturatoro ankoraŭ povas liveri bonegajn rezultojn se movadoj estas kontrolitaj.
Kiel la elekto de obturatoro influas bildigon en malalta lumo?
Ruliĝantaj obturatoroj ĝenerale havas avantaĝon en malalta lumo-efikeco ĉar iliaj pikselaj dezajnoj povas prioritatigi lumkolektan efikecon. Tutmondaj obturatoroj povas postuli pli kompleksan cirkviton, kiu povas iomete redukti sentemon, kvankam modernaj dezajnoj fermas ĉi tiun interspacon.
Kiel la obturatortipo influasscienca fotilo?
En altrapida scienca bildigo — kiel ekzemple partikla spurado, ĉela dinamiko, aŭ balistiko — tutmonda obturatoro ofte estas esenca por eviti movan misprezenton. Sed por malalta luma fluoreska mikroskopio,sCMOS-fotilokun rulanta obturatoro povas esti elektita por maksimumigi sentemon kaj dinamikan gamon.
Kiu estas pli bona por industria inspektado?
En plej multaj industriaj inspektaj taskoj — precipe tiuj, kiuj implikas movajn transportbendojn, robotikon aŭ maŝinvidon — tutmonda obturatoro estas la pli sekura elekto por certigi precizajn mezuradojn sen moviĝ-induktitaj geometriaj eraroj.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Ĉiuj rajtoj rezervitaj. Kiam vi citas, bonvolu agnoski la fonton:www.tucsen.com
