25/08/21Yn 'e wrâld fan digitale ôfbylding binne der mar in pear technyske faktoaren dy't de ôfbyldingskwaliteit safolle beynfloedzje as it type elektroanyske sluter yn jo sensor. Oft jo no yndustriële prosessen mei hege snelheid filmje, filmyske sekwinsjes filmje of swakke astronomyske ferskynsels fêstlizze, de slutertechnology yn jo CMOS-kamera spilet in krúsjale rol yn hoe't jo definitive ôfbylding wurdt.
Twa dominante soarten CMOS-elektroanyske sluters, globale sluters en rôljende sluters, brûke hiel ferskillende oanpakken foar it bleatstellen en útlêzen fan ljocht fan in sensor. It begripen fan har ferskillen, sterke punten en ôfwagings is essensjeel as jo jo ôfbyldingssysteem wolle oanpasse oan jo tapassing.
Dit artikel sil útlizze wat CMOS elektroanyske sluters binne, hoe globale en rôljende sluters wurkje, hoe't se prestearje yn situaasjes yn 'e echte wrâld, en hoe't jo kinne beslute hokker it bêste foar jo is.
Wat binne CMOS elektroanyske sluters?
In CMOS-sensor is it hert fan de measte moderne kamera's. It is ferantwurdlik foar it omsetten fan ynkommende ljocht yn elektryske sinjalen dy't ferwurke wurde kinne ta in ôfbylding. De "sluter" yn inCMOS-kamerais net needsaaklik in meganysk gerdyn - in protte moderne ûntwerpen binne ôfhinklik fan in elektroanyske sluter dy't kontrolearret hoe en wannear't piksels ljocht fange.
Oars as in meganyske sluter dy't ljocht fysyk blokkearret, wurket in elektroanyske sluter troch de stream fan lading binnen elke piksel te starten en te stopjen. Yn CMOS-ôfbylding binne der twa primêre elektroanyske sluterarsjitektueren: globale sluter en rôljende sluter.
Wêrom is ûnderskied wichtich? Omdat de metoade fan bleatstelling en útlêzing direkt ynfloed hat op:
● Bewegingsrendering en ferfoarming
● Ofbyldingsskerpte
● Gefoelichheid foar leech ljocht
● Framesnelheid en latency
● Algemiene geskiktheid foar ferskate soarten fotografy, fideo en wittenskiplike ôfbylding
Globale sluter begripe
Boarne: GMAX3405 Globale slutersensor
Hoe Global Shutter wurket
CMOS Global shutter-kamera's begjinne en einigje har eksposysje tagelyk oer de hiele sensor. Dit wurdt berikt mei 5 of mear transistors per piksel, en in 'opslachknooppunt' dy't de opdiene fotoelektronladingen hâldt tidens it útlêzen. De folchoarder fan in eksposysje is as folget:
1. Begjin de bleatstelling tagelyk yn elke piksel troch de ferworven ladingen nei de grûn te ferwiderjen.
2. Wachtsje op de keazen eksposysjetiid.
3. Oan 'e ein fan 'e bleatstelling, ferpleats de oankochte ladingen nei it opslachknooppunt yn elke piksel, wêrtroch't de bleatstelling fan dat frame einiget.
4. Rige foar rige, ferpleatse elektroanen nei de útlêskondensator fan 'e piksel, en stjoer de opboude spanning troch nei de útlêsarsjitektuer, wat úteinlik resulteart yn 'e analoog-nei-digitale omsetters (ADC's). De folgjende bleatstelling kin typysk tagelyk mei dizze stap útfierd wurde.
Foardielen fan Global Shutter
● Gjin bewegingsferfoarming - Bewegende ûnderwerpen behâlde har foarm en geometry sûnder de skewing of wankeling dy't kin foarkomme by sekwinsjele útlêzing.
● Hege-snelheidsopname – Ideaal foar it befriezen fan beweging yn fluch bewegende sênes, lykas by sport, robotika of kwaliteitskontrôle yn 'e produksje.
● Lege Latency – Alle ôfbyldingsgegevens binne tagelyk beskikber, wêrtroch krekte syngronisaasje mei eksterne eveneminten mooglik is, lykas laserpulsen of stroboskopljochten.
Beperkingen fan Global Shutter
● Legere ljochtgefoelichheid – Guon globale sluterpikselûntwerpen offerje ljochtsammelingseffisjinsje op om de skeakelingen dy't nedich binne foar simultane eksposysje te akkommodearjen.
● Hegere kosten en kompleksiteit - Fabrikaasje is dreger, wat faak resulteart yn hegere prizen yn ferliking mei tsjinhingers fan rôljende sluters.
● Potinsjeel foar ferhege rûs - Ofhinklik fan it ûntwerp fan 'e sensor kin de ekstra elektroanika per piksel liede ta wat hegere lêsrûs.
Rôljende sluter begripe
Hoe rôljende sluter wurket
Mei mar 4 transistors en gjin opslachknooppunt liedt dizze ienfâldiger foarm fan CMOS-pikselûntwerp ta in yngewikkelder elektroanyske sluteroperaasje. Rôljende sluterpiksels begjinne en stopje de eksposysje fan 'e sensor rige foar rige, en 'rôlje' de sensor del. De tsjinoerstelde folchoarder (ek werjûn yn 'e ôfbylding) wurdt folge foar elke eksposysje:
Ofbylding: Rolling shutter-proses foar in 6x6 piksel kamerasensor
It earste frame begjint mei de eksposysje (giel) oan 'e boppekant fan' e sensor, en sweept nei ûnderen mei in snelheid fan ien rigel per rigeltiid. Sadree't de eksposysje foar de boppeste rigel foltôge is, sweept de útlêzing (pears) folge troch it begjin fan 'e folgjende eksposysje (blau) de sensor del.
1. Begjin de bleatstelling oan 'e boppeste rige fan' e sensor troch de ferworven ladingen nei de grûn te ferwiderjen.
2. Nei't de 'rigetiid' ferrûn is, gean nei de twadde rige fan 'e sensor en begjin mei de bleatstelling, werhelje dit nei ûnderen fan 'e sensor.
3. Sadree't de oanfrege eksposysjetiid foar de boppeste rige foarby is, beëinigje de eksposysje troch it ferstjoeren fan oankochte ladingen fia de útlêsarsjitektuer. De tiid dy't dit kostet is de 'rigetiid'.
4. Sadree't it útlêzen foar in rige foltôge is, is it klear om opnij te begjinnen mei bleatstelling fan stap 1 ôf, sels as dat betsjut dat der oerlaap is mei oare rigen dy't de foarige bleatstelling útfiere.
Foardielen fan rôljende sluter
●Bettere prestaasjes by leech ljocht– De pikselûntwerpen kinne prioriteit jaan oan ljochtkolleksje, wêrtroch't de sinjaal-ruisferhâlding yn dimme omstannichheden ferbettere wurdt.
●Heger dynamysk berik– Sekwinsjele útlêsûntwerpen kinne helderdere hichtepunten en tsjusterdere skaden sierliker behannelje.
●Mear betelber– Rolling shutter CMOS-sensoren binne faker en kosteneffektiver te produsearjen.
Beperkingen fan rôljende sluter
●Bewegingsartefakten– Fluch bewegende ûnderwerpen kinne skean of bûgd lykje, bekend as it "rolling shutter-effekt".
●Jello-effekt yn fideo– Hânheldenbylden mei trilling of rappe panning kinne trillingen yn 'e ôfbylding feroarsaakje.
●Syngronisaasje-útdagings– Minder ideaal foar tapassingen dy't krekte timing mei eksterne barrens fereaskje.
Globaal vs. Rolling Shutter: Side-by-Side Fergeliking
Hjir is in oersjoch op hege nivo fan hoe't rôljende en globale luiken fergelykje:
| Eigenskip | Rôljende sluter | Globale sluter |
| Pikselûntwerp | 4-transistor (4T), gjin opslach node | 5+ transistors, ynklusyf opslachknooppunt |
| Ljochtgefoelichheid | Hegere fillfaktor, maklik oanpast oan efterferljochte formaat → hegere QE | Legere fillfaktor, BSI komplekser |
| Lûdsprestaasjes | Algemien legere lêsrûs | Kin wat hegere lûd hawwe fanwegen tafoege skeakelings |
| Bewegingsferfoarming | Mooglik (skeef, wibbeljen, jello-effekt) | Gjin - alle piksels tagelyk bleatsteld |
| Snelheidspotinsjeel | Kin eksposysjes oerlaapje en meardere rigen lêze; faak rapper yn guon ûntwerpen | Beheind troch folsleine frame-útlêzing, hoewol split-útlêzing kin helpe |
| Kosten | Legere produksjekosten | Hegere produksjekosten |
| Bêste gebrûksgefallen | Ofbylding by leech ljocht, sinematografy, algemiene fotografy | Hege-snelheid bewegingsregistraasje, yndustriële ynspeksje, presyzjemetrology |
Ferskillen yn kearnprestaasjes
Rolling shutter-piksels brûke typysk in ûntwerp mei 4 transistors (4T) sûnder in opslachknooppunt, wylst globale shutters 5 of mear transistors per piksel fereaskje plus ekstra skeakelingen om fotoelektronen op te slaan foar it útlêzen.
●Folfaktor en gefoelichheid– De ienfâldiger 4T-arsjitektuer makket in hegere pikselfillfaktor mooglik, wat betsjut dat mear fan it oerflak fan elke piksel wijd is oan ljochtkolleksje. Dit ûntwerp, kombinearre mei it feit dat rôljende slutersensors makliker oanpast wurde kinne oan in efterferljochte formaat, resulteart faak yn hegere kwantumeffisjinsje.
●Lûdsprestaasjes– Minder transistors en minder komplekse skeakelingen betsjutte oer it algemien dat rôljende luiken minder lêsrûs hawwe, wêrtroch't se better geskikt binne foar tapassingen mei leech ljocht.
●Snelheidspotinsjeel– Rôljende luiken kinne rapper wêze yn bepaalde arsjitektueren, om't se oerlappende eksposysje en útlêzing tastean, hoewol dit tige ôfhinklik is fan sensorûntwerp en útlêselektronika.
Kosten en produksje - De ienfâld fan rôljende sluterpiksels oerset typysk yn legere produksjekosten yn ferliking mei wrâldwide sluters.
Avansearre oerwagings en techniken
Pseudo-Globale Shutter
Yn situaasjes wêr't jo presys kinne kontrolearje wannear't ljocht de sensor berikt - lykas it brûken fan in LED- of laserljochtboarne dy't troch hardware aktivearre wurdt - kinne jo "globale" resultaten berikke mei in rôljende sluter. Dizze pseudo-globale slutermetoade syngronisearret de ferljochting mei it bleatstellingsfinster, wêrtroch bewegingsartefakten minimalisearre wurde sûnder in echt globaal sluterûntwerp te fereaskjen.
Ofbylding oerlaap
Rôljende slutersensors kinne begjinne mei it bleatstellen fan it folgjende frame foardat it útlêzen fan it hjoeddeiske frame foltôge is. Dizze oerlappende bleatstelling ferbetteret de duty cycle en is foardielich foar hege-snelheidstapassingen wêr't it fêstlizzen fan it maksimale oantal frames per sekonde kritysk is, mar kin timinggefoelige eksperiminten komplisearje.
Meardere rigen útlêzing
In protte hege-snelheid CMOS-kamera's kinne mear as ien rige piksels tagelyk lêze. Yn guon modi wurde rigen yn pearen lêzen; yn avansearre ûntwerpen kinne maksimaal fjouwer rigen tagelyk lêzen wurde, wêrtroch't de totale tiid foar it útlêzen fan frames effektyf fermindere wurdt.
Split Sensor Arsjitektuer
Sawol rôljende as globale sluters kinne in split sensor-yndieling brûke, wêrby't de ôfbyldingssensor fertikaal yn twa helten ferdield is, elk mei in eigen rige ADC's.
● Yn rôljende sluter-splitsensors begjint de útlêzing faak fan it sintrum en rôlet nei bûten nei sawol de boppe- as de ûnderkant, wêrtroch't de latency fierder ferminderet.
● Yn globale sluterûntwerpen kin split-útlêzing framerates ferbetterje sûnder de simultaneiteit fan 'e eksposysje te feroarjen.
Hoe kieze jo foar jo tapassing: Rôljende of globale sluter?
De wrâldwide sluter kin applikaasjes foardielje
● Fereaskje hege-presyzje timing fan eveneminten
● Fereaskje tige koarte eksposysjetiden
● Fereaskje in fertraging fan minder as in millisekonde foar it begjin fan in oanwinst om te syngronisearjen mei in barren
● Fang beweging of dynamyk op grutte skaal fêst op in ferlykbere of rapper tiidsskaal as in rôljende sluter
● Fereaskje simultane akwisysje oer de sensor, mar kinne ljochtboarnen net kontrolearje om pseudo-globale sluter oer in grut gebiet te brûken
De rôljende sluter kin foardielen hawwe foar tapassingen
● Útdaagjende tapassingen by leech ljocht: De ekstra kwantumeffisjinsje en legere lûd fan rolling shutter-kamera's liede faak ta ferbettere SNR
● Hege-snelheid tapassingen wêr't krekte simultaniteit oer de sensor net wichtich is, of de fertraging lyts is yn ferliking mei eksperimintele tiidskalen
● Oare mear algemiene tapassingen wêrby't de ienfâld fan produksje en legere kosten fan rolling shutter-kamera's foardielich binne
Faak foarkommende misfettingen
1. "Rôljende sluter is altyd min."
Net wier - rôljende luiken binne ideaal foar in protte gebrûksgefallen en prestearje faak better as globale luiken by leech ljocht en dynamysk berik.
2. "Globale sluter is altyd better."
Hoewol ferfoarmingsfrije opname in foardiel is, kinne de ôfwagings yn kosten, lûd en gefoelichheid swierder weagje as de foardielen fan stadiger ôfbylding.
3. "Jo kinne gjin fideo opnimme mei in rôljende sluter."
In protte high-end bioskoopkamera's brûke rôljende sluters effektyf; soarchfâldige opnametechniken kinne artefakten minimalisearje.
4. "Globale sluters eliminearje alle bewegingswazigens."
Se foarkomme geometryske ferfoarming, mar bewegingswazigens fan lange bleatstellingstiden kin noch altyd foarkomme.
Konklúzje
De kar tusken globale en rôljende slutertechnology yn in CMOS-kamera komt del op 'e lykwicht tusken bewegingsôfhanneling, ljochtgefoelichheid, kosten en jo spesifike tapassingsbehoeften.
● As jo ferfoarmingsfrije opname nedich binne foar fluch bewegende sênes, is globale sluter de dúdlike kar.
● As jo prioriteit jouwe oan prestaasjes by leech ljocht, dynamysk berik en budzjet, leveret de rôljende sluter faak de bêste resultaten.
Begrip fan dizze ferskillen soarget derfoar dat jo it juste ark kinne selektearje - of it no is foar wittenskiplike ôfbylding, yndustriële monitoring of kreative produksje.
FAQ's
Hokker type sluter is better foar loftfotografy of drone-mapping?
Foar kartografy, lânmjitkunde en ynspeksje dêr't geometryske krektens krúsjaal is, hat in globale sluter de foarkar om ferfoarming te foarkommen. Foar kreative loftfideo kin in rôljende sluter lykwols noch altyd poerbêste resultaten leverje as bewegingen kontroleare wurde.
Hokker ynfloed hat de kar fan 'e sluter op ôfbyldings by leech ljocht?
Rôljende luiken hawwe oer it algemien in foardiel yn prestaasjes by leech ljocht, om't har pikselûntwerpen prioriteit kinne jaan oan ljochtsammelingseffisjinsje. Globale luiken kinne kompleksere skeakelingen fereaskje dy't de gefoelichheid wat ferminderje kinne, hoewol moderne ûntwerpen dizze gat slute.
Hoe beynfloedet it type sluter inwittenskiplike kamera?
Yn hege-snelheid wittenskiplike ôfbylding - lykas dieltsjefolging, seldynamika of ballistyk - is in globale sluter faak essensjeel om bewegingsferfoarming te foarkommen. Mar foar fluoreszinsjemikroskopie by leech ljocht, insCMOS-kameramei in rôljende sluter kin keazen wurde om gefoelichheid en dynamysk berik te maksimalisearjen.
Hokker is better foar yndustriële ynspeksje?
By de measte yndustriële ynspeksjetaken - foaral dyjingen dy't te krijen hawwe mei bewegende transportbannen, robotika of masinefisy - is in globale sluter de feiliger kar om krekte mjittingen te garandearjen sûnder bewegingsinduzearre geometryske flaters.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Alle rjochten foarbehâlden. By it sitearjen, neam asjebleaft de boarne:www.tucsen.com
