25/08/21Í heimi stafrænnar myndvinnslu eru fáir tæknilegir þættir sem hafa jafn mikil áhrif á myndgæði og gerð rafræna lokarans í skynjaranum þínum. Hvort sem þú ert að taka upp hraðvirkar iðnaðarferla, taka upp kvikmyndaatriði eða fanga dauf stjarnfræðileg fyrirbæri, þá gegnir lokaratæknin í CMOS myndavélinni þinni lykilhlutverki í því hvernig lokamyndin verður.
Tvær ríkjandi gerðir af CMOS rafrænum lokara, alþjóðlegir lokarar og rúllandi lokarar, nota mjög mismunandi aðferðir við að lýsa og lesa ljós frá skynjara. Að skilja muninn á þeim, styrkleika og málamiðlanir er nauðsynlegt ef þú vilt aðlaga myndgreiningarkerfið þitt að notkun þinni.
Þessi grein útskýrir hvað rafrænir CMOS-lokarar eru, hvernig alþjóðlegir og rúllandi lokar virka, hvernig þeir virka í raunverulegum aðstæðum og hvernig á að ákveða hvaða henti þér best.
Hvað eru CMOS rafrænir lokarar?
CMOS-skynjari er hjarta flestra nútíma myndavéla. Hann ber ábyrgð á að breyta innkomandi ljósi í rafboð sem hægt er að vinna úr í mynd. „Lokarinn“ íCMOS myndavéler ekki endilega vélrænt gluggatjöld — margar nútímahönnun reiða sig á rafrænan lokara sem stýrir því hvernig og hvenær pixlar fanga ljós.
Ólíkt vélrænum lokara sem lokar fyrir ljós líkamlega, virkar rafrænn lokari með því að ræsa og stöðva flæði hleðslu innan hverrar pixlu. Í CMOS myndgreiningu eru tvær aðal rafrænar lokaraarkitektúrar: alþjóðlegur lokari og rúllandi lokari.
Hvers vegna skiptir greinarmunur máli? Vegna þess að aðferðin við lýsingu og aflestur hefur bein áhrif á:
● Hreyfimyndun og röskun
● Skerpa myndar
● Lítil ljósnæmi
● Rammatíðni og seinkun
● Almennt hentugt fyrir mismunandi gerðir ljósmyndunar, myndbanda og vísindalegrar myndgreiningar
Að skilja alþjóðlegan lokara
Heimild: GMAX3405 alþjóðlegur lokaraskynjari
Hvernig alþjóðlegur lokari virkar
CMOS Global lokaramyndavélar hefja og enda lýsingu sína samtímis yfir allan skynjarann. Þetta er gert með því að nota 5 eða fleiri smára á pixla og „geymsluhnút“ sem geymir hleðslur ljósrafeinda við lestur. Röð lýsingarinnar er sem hér segir:
1. Hefjið lýsingu samtímis í hverjum pixli með því að hreinsa áunna hleðslu niður á jörðina.
2. Bíddu eftir að valinn útsetningartími náist.
3. Að lýsingu lokinni skal færa aflaðar hleðslur í geymsluhnútinn í hverjum pixli og ljúka þannig lýsingu þess ramma.
4. Röð fyrir röð, færið rafeindir inn í lesþétti pixilsins og sendið uppsafnaða spennuna áfram í lesarkitektúrinn, sem endar með hliðrænum-í-stafrænum breytum (ADC). Næsta lýsing er venjulega hægt að framkvæma samtímis þessu skrefi.
Kostir alþjóðlegs lokara
● Engin hreyfibjögun – Hreyfanleg viðfangsefni halda lögun sinni og rúmfræði án skekkju eða óstöðugleika sem getur komið fram við raðlestur.
● Háhraðamyndataka – Tilvalin til að frysta hreyfingar í hraðskreiðum senum, eins og í íþróttum, vélmennafræði eða gæðaeftirliti í framleiðslu.
● Lágt seinkunartímabil – Öll myndgögn eru tiltæk í einu, sem gerir kleift að samstilla nákvæmlega við ytri atburði, svo sem leysigeisla eða stroboskopljós.
Takmarkanir alþjóðlegs lokara
● Lægri ljósnæmi – Sumar hönnunir á alþjóðlegum lokaramyndum fórna ljóssöfnunarvirkni til að koma til móts við rafrásina sem þarf fyrir samtímis lýsingu.
● Hærri kostnaður og flækjustig – Smíði er krefjandi, sem leiðir oft til hærra verðs samanborið við sambærilegar rúllandi lokara.
● Möguleiki á auknu hávaða – Eftir því hvernig skynjarinn er hannaður getur aukin rafeindabúnaður á hverja pixlu leitt til örlítið meiri lestrarhávaða.
Að skilja rúllandi lokara
Hvernig rúllulokun virkar
Þessi einfaldari gerð af CMOS pixlahönnun, sem notar aðeins 4 smára og engan geymsluhnút, leiðir til flóknari rafrænnar lokaraaðgerðar. Rúllandi lokarapíxlar hefja og stöðva lýsingu skynjarans, eina röð í einu, og „rúlla“ niður skynjarann. Röðunin á móti (einnig sýnd á myndinni) er fylgt fyrir hverja lýsingu:
Mynd: Rúllandi lokaraferli fyrir 6x6 pixla myndavélarskynjara
Fyrsti ramminn hefst lýsing (gulur) efst á skynjaranum og sveiflast niður á við eina línu á hverja línu. Þegar lýsing er lokið fyrir efstu línuna sveipar lesturinn (fjólublár) og síðan upphaf næstu lýsingar (blár) niður skynjarann.
1. Byrjaðu útsetningu fyrir efstu röð skynjarans með því að hreinsa aflaða hleðslu niður á jörðina.
2. Eftir að „raðtíminn“ er liðinn, færið ykkur yfir í aðra röð skynjarans og byrjið lýsingu, endurtakið niður eftir skynjaranum.
3. Þegar umbeðinn lýsingartími fyrir efstu röðina er liðinn skal ljúka lýsingunni með því að senda aflaðar hleðslur í gegnum lestrararkitektúrinn. Tíminn sem það tekur að gera þetta kallast „raðartími“.
4. Um leið og útlestur er lokið fyrir röð er hægt að hefja lýsingu aftur frá skrefi 1, jafnvel þótt það þýði að skarast við aðrar raðir sem framkvæmdu fyrri lýsingu.
Kostir rúllandi lokara
●Betri afköst í litlu ljósi– Pixlahönnunin getur forgangsraðað ljóssöfnun og bætt hlutfall merkis og suðs í dimmum aðstæðum.
●Hærra kraftmikið svið– Raðbundin lestur getur tekist á við bjartari birtustig og dekkri skugga á betri hátt.
●Hagkvæmara– CMOS-skynjarar með rúllandi lokara eru algengari og hagkvæmari í framleiðslu.
Takmarkanir rúllandi lokara
●Hreyfimyndir– Myndefni sem hreyfist hratt geta virst skekkt eða bogið, þekkt sem „rúllandi lokaraáhrif“.
●Jello-áhrif í myndbandi– Handfesta myndefni með titringi eða hraðri hreyfihreyfingu getur valdið óstöðugleika í myndinni.
●Samstillingaráskoranir– Ólíkt forritum sem krefjast nákvæmrar tímasetningar með utanaðkomandi atburðum.
Alþjóðleg vs. rúllandi lokara: Samanburður hlið við hlið
Hér er yfirlit yfir samanburð rúllandi og alþjóðlegra gluggaloka:
| Eiginleiki | Rúllandi gluggatjöld | Alþjóðlegur lokari |
| Pixel hönnun | 4-transistor (4T), enginn geymsluhnútur | 5+ smárar, þar á meðal geymsluhnút |
| Ljósnæmi | Hærri fyllingarstuðull, auðvelt að aðlaga að baklýstu sniði → hærri magngreiningarhlutfall | Lægri fyllingarstuðull, BSI flóknari |
| Hávaðaframmistaða | Almennt minni lestrarhljóð | Getur haft aðeins meiri hávaða vegna viðbótar rafrása |
| Hreyfimyndun | Möguleg (skekkjuáhrif, óstöðugleiki, hlaupáhrif) | Engin — allir pixlar birtast samtímis |
| Hraði möguleiki | Getur skarast lýsingar og lesið margar raðir; oft hraðari í sumum hönnunum | Takmarkað við lestur í fullri mynd, þó að skipt lestur geti hjálpað |
| Kostnaður | Lægri framleiðslukostnaður | Hærri framleiðslukostnaður |
| Bestu notkunartilvikin | Myndataka í litlu ljósi, kvikmyndataka, almenn ljósmyndun | Hraðvirk hreyfimyndataka, iðnaðarskoðun, nákvæmnismælingar |
Mismunur á kjarnaafköstum
Rúllandi lokaramyndir nota venjulega 4-transistora (4T) hönnun án geymsluhnúts, en alþjóðlegir lokarar þurfa 5 eða fleiri transistora á hverja mynd ásamt viðbótarrásum til að geyma ljósrafeindir fyrir lestur.
●Fyllingarstuðull og næmi– Einfaldari 4T arkitektúrinn gerir kleift að fá hærri fyllingarstuðul pixla, sem þýðir að meira af yfirborði hverrar pixlu er tileinkað ljóssöfnun. Þessi hönnun, ásamt þeirri staðreynd að hægt er að aðlaga rúllandi lokaraskynjara auðveldlegar að baklýstu sniði, leiðir oft til meiri skammtafræðilegrar skilvirkni.
●Hávaðaframmistaða– Færri smárar og einfaldari rafrásir þýða almennt að rúllandi gluggar sýna minni lestrarhljóð, sem gerir þá betur til þess fallna að nota í lítilli birtu.
●Hraði möguleiki– Rúllandi gluggatjöld geta verið hraðari í ákveðnum arkitektúrum vegna þess að þau leyfa skörun á lýsingu og aflestri, þó að þetta sé mjög háð hönnun skynjara og rafeindabúnaði fyrir aflestur.
Kostnaður og framleiðsla – Einfaldleiki rúllandi lokara-pixla þýðir yfirleitt lægri framleiðslukostnað samanborið við alþjóðlega lokara.
Ítarleg atriði og aðferðir
Sýndar-alþjóðlegur lokari
Í aðstæðum þar sem hægt er að stjórna nákvæmlega hvenær ljós nær skynjaranum — eins og með því að nota LED- eða leysigeisla sem kveikt er á með vélbúnaði — er hægt að ná „alhliða“ niðurstöðum með rúllandi lokara. Þessi aðferð við gervialhliða lokara samstillir lýsinguna við lýsingargluggann og lágmarkar hreyfivillur án þess að þurfa raunverulega alhliða lokarahönnun.
Myndaskörun
Rúllandi lokaraskynjarar geta byrjað að sýna næsta ramma áður en lestur núverandi ramma er lokið. Þessi skörun lýsingar bætir vinnutíma og er gagnleg fyrir háhraðaforrit þar sem það er mikilvægt að ná hámarksfjölda ramma á sekúndu, en getur flækt tímanæmar tilraunir.
Lestur margra raða
Margar hraðlesnar CMOS myndavélar geta lesið fleiri en eina röð af pixlum í einu. Í sumum stillingum eru raðir lesnar í pörum; í háþróaðri hönnun er hægt að lesa allt að fjórar raðir samtímis, sem dregur verulega úr heildartíma ramma.
Skipt skynjaraarkitektúr
Bæði rúllandi og alþjóðlegir lokarar geta notað split skynjarauppsetningu, þar sem myndflögunni er skipt lóðrétt í tvo helminga, hvor með sinni eigin röð af ADC-um.
● Í rúllandi lokaraskynjurum byrjar aflesturinn oft frá miðjunni og rúllar út á við bæði að ofan og neðan, sem dregur enn frekar úr töf.
● Í hönnun á alþjóðlegum lokara getur skipt útlestur bætt rammatíðni án þess að breyta samtímis lýsingu.
Hvernig á að velja fyrir notkun þína: Rúllandi eða alþjóðlegt gluggatjöld?
Alþjóðlegi lokarinn gæti gagnast forritum
● Krefjast mikillar nákvæmrar tímasetningar atburða
● Krefjast mjög stutts útsetningartíma
● Krefjast innan við millisekúndu seinkunar áður en öflun hefst til að samstilla við atburð
● Fangaðu stórfellda hreyfingu eða gangverki á svipuðum eða hraðari tíma og rúllandi lokari
● Krefst samtímis gagnaöflunar yfir skynjarann, en getur ekki stjórnað ljósgjöfum til að nota gervi-alþjóðlegan lokara yfir stórt svæði
Rúllandi lokarinn gæti gagnast forritum
● Krefjandi notkun í lítilli birtu: Aukin skammtafræðileg skilvirkni og minni hávaði í rúllandi lokaramyndavélum leiðir oft til bætts SNR.
● Háhraðaforrit þar sem nákvæm samtímisvirkni yfir skynjarann skiptir ekki máli, eða seinkunin er lítil miðað við tilraunatíma
● Önnur almennari notkunarsvið þar sem einfaldleiki í framleiðslu og lægri kostnaður við rúllandi myndavélar eru kostur
Algengar misskilningar
1. „Rúllandi lokara er alltaf slæmur.“
Ekki rétt — rúllandi gluggatjöld eru tilvalin í mörgum notkunartilfellum og skila oft betri árangri en almennir gluggatjöld í litlu ljósi og lítilli virkni.
2. „Alhliða lokara er alltaf betri.“
Þó að myndataka án bjögunar sé kostur, geta málamiðlanir varðandi kostnað, hávaða og næmi vegið þyngra en ávinningurinn af hægari myndatöku.
3. „Þú getur ekki tekið upp myndband með rúllandi lokara.“
Margar hágæða kvikmyndavélar nota rúllandi lokara á áhrifaríkan hátt; vandleg myndatökutækni getur lágmarkað artefakta.
4. „Alhliða lokarar útrýma allri hreyfingarþoku.“
Þau koma í veg fyrir rúmfræðilega röskun, en hreyfiþoka frá löngum lýsingartíma getur samt sem áður komið fram.
Niðurstaða
Valið á milli alþjóðlegrar og rúllandi lokaratækni í CMOS myndavél snýst um jafnvægið á milli hreyfimeðhöndlunar, ljósnæmis, kostnaðar og þarfa hvers og eins.
● Ef þú þarft bjögunarlausa myndatöku fyrir hraðar senur, þá er alþjóðleg lokara augljós kostur.
● Ef þú forgangsraðar afköstum í lítilli birtu, kraftmiklu sviði og fjárhagsáætlun, þá skilar rúllandi lokari oft bestu niðurstöðunum.
Að skilja þennan mun tryggir að þú getir valið rétt tól - hvort sem það er fyrir vísindalega myndgreiningu, iðnaðarvöktun eða skapandi framleiðslu.
Algengar spurningar
Hvaða gerð af lokara hentar betur fyrir loftmyndatökur eða kortlagningu með dróna?
Fyrir kortlagningu, landmælingar og skoðun þar sem rúmfræðileg nákvæmni er mikilvæg er almennur lokari æskilegri til að forðast röskun. Hins vegar getur rúllandi lokari samt sem áður skilað framúrskarandi árangri fyrir skapandi loftmyndatökur ef hreyfingum er stjórnað.
Hvernig hefur val á lokara áhrif á myndir í lítilli birtu?
Rúllandi lokarar hafa almennt forskot í afköstum í litlu ljósi þar sem pixlahönnun þeirra getur forgangsraðað skilvirkni ljóssöfnunar. Alhliða lokarar gætu þurft flóknari rafrásir sem geta dregið örlítið úr næmi, þó að nútíma hönnun sé að brúa þetta bil.
Hvernig hefur gerð lokara áhrif ávísindamyndavél?
Í hraðvirkri vísindalegri myndgreiningu — eins og ögnamælingum, frumuhreyfifræði eða loftför — er alhliða lokari oft nauðsynlegur til að forðast hreyfitruflanir. En fyrir flúrljómunarsmásjárskoðun í litlu ljósi,sCMOS myndavélmeð rúllandi lokara má velja til að hámarka næmi og kraftmikið svið.
Hvor er betri fyrir iðnaðarskoðun?
Í flestum iðnaðarskoðunarverkefnum — sérstaklega þeim sem fela í sér flutning færibönd, vélmenni eða vélasjón — er alþjóðlegur lokari öruggari kostur til að tryggja nákvæmar mælingar án hreyfingarvaldandi rúmfræðilegra villna.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Allur réttur áskilinn. Vinsamlegast getið heimildar þegar vitnað er í:www.tucsen.com
