25/08/21Дижитал дүрслэлийн ертөнцөд техникийн цөөн хэдэн хүчин зүйл нь зургийн чанарт таны мэдрэгч дэх электрон хаалтаас илүү нөлөөлдөг. Та өндөр хурдтай үйлдвэрлэлийн үйл явцын зураг авалт, киноны дараалал, эсвэл бүдэг одон орны үзэгдлүүдийн зураг авалтын аль нь ч бай таны CMOS камер доторх Хөшигний технологи нь таны эцсийн зураг хэрхэн гарахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
CMOS электрон хаалтуудын зонхилох хоёр төрөл болох дэлхийн хаалт ба өнхрөх хаалт нь мэдрэгчээс гэрлийг ил гаргах, уншихад тэс өөр арга барилыг ашигладаг. Хэрэв та зургийн системээ өөрийн програмтай тааруулахыг хүсвэл тэдгээрийн ялгаа, давуу тал, солилцоог ойлгох нь чухал юм.
Энэ нийтлэлд CMOS электрон хаалт гэж юу болох, дэлхийн болон гулсмал хаалтууд хэрхэн ажилладаг, бодит нөхцөл байдалд хэрхэн ажилладаг, аль нь танд илүү тохирохыг хэрхэн шийдэх талаар тайлбарлах болно.
CMOS электрон хаалт гэж юу вэ?
CMOS мэдрэгч нь ихэнх орчин үеийн камеруудын зүрх юм. Энэ нь ирж буй гэрлийг цахилгаан дохио болгон хувиргаж, дүрс болгон боловсруулах үүрэгтэй. "Хаалт" нь aCMOS камерЭнэ нь механик хөшиг байх албагүй - орчин үеийн олон загвар нь пикселүүд гэрлийг хэрхэн, хэзээ барьж байгааг хянадаг электрон хаалтанд тулгуурладаг.
Гэрлийг физик байдлаар хаадаг механик хаалтаас ялгаатай нь электрон хаалт нь пиксел бүрийн цэнэгийн урсгалыг эхлүүлэх, зогсоох замаар ажилладаг. CMOS дүрслэлд электрон хаалтын хоёр үндсэн архитектур байдаг: дэлхийн хаалт ба өнхрөх хаалт.
Ялгаалах нь яагаад чухал вэ? Учир нь өртөх, унших арга нь дараахь зүйлд шууд нөлөөлдөг.
● Хөдөлгөөний дүрслэл, гажуудал
● Зургийн тод байдал
● Бага гэрэлд мэдрэмтгий
● Хүрээний хурд ба хоцролт
● Төрөл бүрийн гэрэл зураг, видео, шинжлэх ухааны дүрслэлд ерөнхийдөө тохиромжтой
Глобал Хөшигний тухай ойлголт
Эх сурвалж: GMAX3405 Global Shutter Sensor
Global Shutter хэрхэн ажилладаг вэ
CMOS Global Хөшигний камерууд нь бүх мэдрэгч дээр нэгэн зэрэг өртөлтийг эхлүүлж, дуусгадаг. Үүнийг нэг пикселд 5 ба түүнээс дээш транзистор, унших явцад олж авсан фотоэлектроны цэнэгийг хадгалдаг "хадгалах зангилаа" ашиглан хийдэг. Өргөлтийн дараалал дараах байдалтай байна.
1. Газар дээрх олж авсан цэнэгийг цэвэрлэх замаар пиксел бүрт нэгэн зэрэг өртөлтийг эхлүүлнэ.
2. Сонгосон өртөх хугацааг хүлээнэ үү.
3. Нөлөөллийн төгсгөлд олж авсан цэнэгээ пиксел бүрийн хадгалах цэг рүү шилжүүлж, тухайн хүрээний өртөлтийг дуусгана.
4. Эгнээ дараалан электронуудыг пикселийн уншилтын конденсатор руу шилжүүлж, хуримтлагдсан хүчдэлийг унших архитектур руу дамжуулж, аналог-тоон хувиргагч (ADC)-д хүрнэ. Дараагийн өртөлтийг ихэвчлэн энэ алхамтай нэгэн зэрэг хийж болно.
Global Shutter-ийн давуу тал
● Хөдөлгөөний гажуудал байхгүй – Хөдөлгөөнт субьектүүд дараалсан уншихад үүсэх хазайлт, ганхалтгүйгээр хэлбэр, геометрээ хадгална.
● Өндөр хурдны зураг авалт – Спорт, робот техник, үйлдвэрлэлийн чанарын хяналт гэх мэт хурдан хөдөлж буй үзэгдэлд хөдөлгөөнийг хөлдөөхөд тохиромжтой.
● Бага хоцролт – Зургийн бүх өгөгдлийг нэг дор авах боломжтой бөгөөд лазер импульс эсвэл strobe гэрэл гэх мэт гадны үйл явдлуудтай нарийн синхрончлол хийх боломжтой.
Global Shutter-ийн хязгаарлалт
● Гэрэл бага мэдрэмтгий - Зарим дэлхийн хаалтны пикселийн загварууд нэгэн зэрэг өртөхөд шаардлагатай хэлхээг тохируулахын тулд гэрэл цуглуулах үр ашгийг бууруулдаг.
● Өндөр өртөг ба нарийн төвөгтэй байдал - Үйлдвэрлэл нь илүү төвөгтэй байдаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн өнхрөх хаалттай харьцуулахад өндөр үнэтэй байдаг.
● Дуу чимээ ихсэх боломж – Мэдрэгчийн загвараас хамааран нэг пикселийн нэмэлт электроникууд нь унших чимээ бага зэрэг ихэсдэг.
Rolling Shutter-ийн тухай ойлголт
Rolling Shutter хэрхэн ажилладаг вэ
Зөвхөн 4 транзистор ашиглах ба хадгалах цэг байхгүй, CMOS пикселийн дизайны энэхүү энгийн хэлбэр нь электрон хаалтыг илүү төвөгтэй болгоход хүргэдэг. Хөшигний эргэлдэх пикселүүд нь мэдрэгчийг нэг эгнээгээр гүйлгэж эхлэх ба зогсоож, мэдрэгчийг доош буулгадаг. Үүний эсрэг дарааллыг (мөн зурагт үзүүлэв) өртөлт тус бүрд дагаж мөрдөнө.
Зураг: 6x6 пикселийн камер мэдрэгчийг хаах үйл явц
Эхний фрейм мэдрэгчийн дээд хэсэгт өртөлтийг (шар) эхлүүлж, мөр бүрт нэг мөрийн хурдтайгаар доошоо шүүрдэнэ. Дээд мөрөнд өртөлт дууссаны дараа уншсан (ягаан) дараа дараагийн өртөлтийн эхлэл (цэнхэр) мэдрэгчийг доош шүүрнэ.
1. Газар дээрх олж авсан цэнэгийг цэвэрлэх замаар мэдрэгчийн дээд эгнээнд өртөж эхэлнэ.
2. "Мөрийн цаг" өнгөрсний дараа мэдрэгчийн хоёр дахь эгнээ рүү шилжиж, мэдрэгчийг доош нь давтаж, өртөлтийг эхлүүлнэ.
3. Хүссэн өртөх хугацаа дээд эгнээнд дуусмагц олж авсан төлбөрийг унших архитектураар илгээж өртөлтийг дуусгана уу. Үүнийг хийхэд зарцуулсан хугацаа нь "эгнээний цаг" юм.
4. Мөрийг уншиж дуусмагц энэ нь өмнөх өртөлтийг гүйцэтгэж буй бусад мөрүүдтэй давхцаж байсан ч 1-р алхамаас дахин өртөлтийг эхлүүлэхэд бэлэн болно.
Rolling Shutter-ийн давуу талууд
●Бага гэрэлд илүү сайн гүйцэтгэл– Пикселийн загвар нь гэрлийн цуглуулгыг чухалчилж, бүдэг нөхцөлд дохио-дуу чимээний харьцааг сайжруулдаг.
●Илүү өндөр динамик хүрээ– Уншлагын дараалсан загварууд нь илүү тод тодруулж, бараан сүүдрийг илүү сайхан зохицуулж чадна.
●Илүү боломжийн– Хөшигний CMOS мэдрэгчийг үйлдвэрлэхэд илүү түгээмэл бөгөөд зардал багатай байдаг.
Rolling Shutter-ийн хязгаарлалт
●Хөдөлгөөнт олдворууд– Хурдан хөдөлж буй объектууд хазайсан эсвэл нугалж харагдана.
●Видеон дээрх Jello эффект– Чичиргээтэй эсвэл хурдан эргүүлэх боломжтой гар бичлэг нь дүрсийг ганхуулахад хүргэдэг.
●Синхрончлолын сорилтууд– Гадны үйл явдлуудтай холбоотой цагийг нарийн тогтоох шаардлагатай програмуудад тохиромжгүй.
Глобал болон гулсмал хаалт: Хажуу талын харьцуулалт
Эндээс өнхрөх болон дэлхийн хаалтуудыг хэрхэн харьцуулж байгааг дээд түвшний үзэмжээр харуулав.
| Онцлог | Rolling Shutter | Global Shutter |
| Пикселийн дизайн | 4-транзистор (4T), хадгалах зангилаа байхгүй | 5+ транзистор, хадгалах зангилаа орно |
| Гэрэл мэдрэмтгий байдал | Илүү өндөр дүүргэлтийн хүчин зүйл, арын гэрэлтүүлэгтэй форматад амархан зохицдог → өндөр QE | Доод дүүргэлтийн хүчин зүйл, BSI илүү төвөгтэй |
| Дуу чимээний гүйцэтгэл | Ерөнхийдөө унших чимээ багатай | Нэмэлт хэлхээний улмаас бага зэрэг өндөр дуу чимээтэй байж болно |
| Хөдөлгөөний гажуудал | Боломжтой (тазайлгах, савлах, цэлцэгнэх нөлөө) | Байхгүй — бүх пикселүүд нэгэн зэрэг ил гарсан |
| Хурдны боломж | Өртөлтийг давхцуулж, олон мөр уншиж чаддаг; зарим загварт илүү хурдан байдаг | Бүтэн фрэймийн уншилтаар хязгаарлагдсан боловч хуваах нь тусалж чадна |
| Зардал | Үйлдвэрлэлийн өртөг багатай | Үйлдвэрлэлийн өртөг өндөр |
| Шилдэг хэрэглээний тохиолдол | Гэрэл багатай дүрслэл, зураг авалт, ерөнхий гэрэл зураг | Өндөр хурдны хөдөлгөөнийг барих, үйлдвэрлэлийн хяналт, нарийн хэмжил |
Гүйцэтгэлийн үндсэн ялгаа
Өнхрөх хаалтны пикселүүд нь ихэвчлэн хадгалах зангилаагүй 4 транзистор (4T) загварыг ашигладаг бол глобал хаалтууд нь уншихаас өмнө нэг пиксел тутамд 5 ба түүнээс дээш транзистор, мөн фотоэлектроныг хадгалах нэмэлт хэлхээг шаарддаг.
●Fill Factor & Sensitivity– Энгийн 4T архитектур нь илүү өндөр пиксел дүүргэх хүчин зүйлийг зөвшөөрдөг бөгөөд энэ нь пиксел бүрийн гадаргуугийн илүү хэсгийг гэрлийн цуглуулгад зориулдаг гэсэн үг юм. Энэхүү загвар нь өнхрөх хаалт мэдрэгчийг арын гэрэлтүүлэгтэй форматад хялбархан тохируулах боломжтойг хослуулсан нь ихэвчлэн квантын үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
●Дуу чимээний гүйцэтгэл– Цөөн транзистор, бага төвөгтэй хэлхээ нь ерөнхийдөө өнхрөх хаалтууд нь унших чимээ багатай байдаг тул гэрэл багатай хэрэглээнд илүү тохиромжтой байдаг.
●Хурдны боломж– Өнхрөх хаалт нь тодорхой архитектурт илүү хурдан ажиллах боломжтой, учир нь тэдгээр нь өртөлт болон уншилтыг давхцуулах боломжийг олгодог ч энэ нь мэдрэгчийн дизайн болон унших электроникоос ихээхэн хамаардаг.
Зардал ба үйлдвэрлэл - Өнхрөх хаалтны пикселийн энгийн байдал нь дэлхийн хаалттай харьцуулахад үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулдаг.
Нарийвчилсан бодол санаа, арга техник
Pseudo-Global Shutter
Тоног төхөөрөмжөөс өдөөгдсөн LED эсвэл лазер гэрлийн эх үүсвэрийг ашиглах гэх мэт мэдрэгч рүү гэрэл хүрэх үед яг нарийн хянах боломжтой нөхцөлд та өнхрөх хаалт ашиглан "дэлхийн адил" үр дүнд хүрч чадна. Энэхүү псевдо-глобаль хаалтны арга нь гэрэлтүүлгийг өртөх цонхтой синхрончилж, жинхэнэ дэлхийн хаалтны загвар шаардалгүйгээр хөдөлгөөний олдворуудыг багасгадаг.
Зургийн давхцал
Хөшигний мэдрэгч нь одоогийн фреймийг уншиж дуусахаас өмнө дараагийн фрэймийг нээж эхлэх боломжтой. Энэхүү давхцсан өртөлт нь ажлын мөчлөгийг сайжруулж, секундэд хамгийн их фрэйм авах нь чухал боловч цаг хугацааны мэдрэмжтэй туршилтыг хүндрүүлдэг өндөр хурдны хэрэглээнд тустай.
Олон мөр унших
Олон тооны өндөр хурдны CMOS камерууд нэг удаад нэгээс олон пикселийн эгнээ уншиж чаддаг. Зарим горимд мөрүүдийг хосоор нь уншдаг; Дэвшилтэт загварт 4 хүртэлх эгнээ зэрэг унших боломжтой бөгөөд энэ нь нийт фрэймийн унших хугацааг үр дүнтэйгээр багасгадаг.
Мэдрэгчийг хуваах архитектур
Өнхрөх болон глобал хаалтууд нь хуваах мэдрэгчийг ашиглах боломжтой бөгөөд дүрс мэдрэгч нь босоо байдлаар хоёр хэсэгт хуваагддаг бөгөөд тус бүр нь өөрийн эгнээний ADC-тай байдаг.
● Хөшигний хаалтыг хуваах мэдрэгчийн уншилт нь ихэвчлэн төвөөс эхэлж, дээд ба доод тал руу эргэлдэж, хоцролтыг улам бүр багасгадаг.
● Глобал хөшигний загварт хуваах уншилт нь өртөлтийн нэгэн зэрэг байдлыг өөрчлөхгүйгээр фрэймийн хурдыг сайжруулж чадна.
Өргөдөлдөө хэрхэн сонгох вэ: Rolling эсвэл Global Shutter?
Глобал хаалт нь програмуудад ашигтай байж болно
● Үйл явдлын цагийг өндөр нарийвчлалтай хийхийг шаарддаг
● Маш богино хугацаанд өртөх шаардлагатай
● Үйл явдалтай синхрончлохын тулд худалдан авалт эхлэхээс өмнө миллисекундын хоцролтыг шаардах
● Хөшигний хөшигтэй төстэй эсвэл илүү хурдан хугацаанд том хэмжээний хөдөлгөөн эсвэл динамикийг авах
● Мэдрэгчийг нэгэн зэрэг авах шаардлагатай боловч том талбайд псевдо-глобал хаалтыг ашиглахын тулд гэрлийн эх үүсвэрийг хянах боломжгүй.
Хөшигний хаалт нь програмуудад ашигтай байж болно
● Гэрэл багатай хэрэглээний сорилтууд: Хөшигний камерын нэмэлт квантын үр ашиг, бага дуу чимээ нь ихэвчлэн SNR-ийг сайжруулахад хүргэдэг.
● Мэдрэгчийг яг ижил зэрэгцүүлэх нь чухал биш эсвэл туршилтын хугацаатай харьцуулахад саатал бага байдаг өндөр хурдны програмууд
● Хөшигний камерыг үйлдвэрлэхэд хялбар, хямд өртөгтэй байх нь ашигтай байдаг бусад ерөнхий хэрэглээний програмууд
Нийтлэг буруу ойлголт
1. "Хөшигний хаалт үргэлж муу байдаг."
Үнэн биш - өнхрөх хаалт нь олон төрлийн хэрэглээнд тохиромжтой бөгөөд бага гэрэл, динамик мужид дэлхийн хаалтуудаас илүү сайн ажилладаг.
2. "Дэлхийн хаалт үргэлж илүү сайн байдаг."
Хэдийгээр гажилтгүй зураг авах нь давуу тал боловч зардал, дуу чимээ, мэдрэмж зэрэг нь удаан хэмнэлтэй дүрслэлийн ашиг тусаас илүү байж болно.
3. "Та өнхрөх хаалтаар видео бичлэг хийж болохгүй."
Олон тооны дээд зэрэглэлийн кино камерууд өнхрөх хаалтыг үр дүнтэй ашигладаг; болгоомжтой буудлагын техник нь олдворыг багасгах боломжтой.
4. "Дэлхийн хаалтууд нь бүх хөдөлгөөнийг бүдгэрүүлдэг."
Эдгээр нь геометрийн гажуудал үүсэхээс сэргийлж байгаа боловч удаан хугацааны өртөлтөөс болж хөдөлгөөн бүдгэрч болзошгүй хэвээр байна.
Дүгнэлт
CMOS камерын дэлхийн болон өнхрөх хөшигний технологийн хоорондох сонголт нь хөдөлгөөн зохицуулах, гэрлийн мэдрэмж, өртөг болон таны хэрэглээний тусгай хэрэгцээ хоорондын тэнцвэрт байдлаас хамаарна.
● Хэрэв танд хурдан хөдөлж буй үзэгдлүүдийн хувьд гажуудалгүй зураг авах шаардлагатай бол дэлхийн Хөшигийг сонгох нь ойлгомжтой.
● Хэрэв та бага гэрлийн гүйцэтгэл, динамик хүрээ, төсөв зэргийг чухалчилдаг бол хөшиг нь ихэвчлэн хамгийн сайн үр дүнг өгдөг.
Эдгээр ялгааг ойлгосноор та шинжлэх ухааны дүрслэл, үйлдвэрлэлийн хяналт эсвэл бүтээлч үйлдвэрлэл гэх мэт зөв хэрэгслийг сонгох боломжтой болно.
Түгээмэл асуултууд
Агаарын гэрэл зураг эсвэл дрон зураглал хийхэд аль төрлийн хаалт илүү дээр вэ?
Геометрийн нарийвчлал нь чухал ач холбогдолтой газрын зураглал, хэмжилт, шалгалтын хувьд гажуудлаас зайлсхийхийн тулд дэлхийн хаалтыг илүүд үздэг. Гэсэн хэдий ч, бүтээлч агаарын видеоны хувьд өнхрөх хаалт нь хөдөлгөөнийг удирдаж байвал маш сайн үр дүнд хүрч чадна.
Хөшигний сонголт нь гэрэл багатай дүрслэлд хэрхэн нөлөөлдөг вэ?
Өнхрөх хаалт нь ерөнхийдөө бага гэрлийн гүйцэтгэлд давуу талтай байдаг, учир нь тэдний пикселийн загвар нь гэрэл цуглуулах үр ашгийг чухалчлан үздэг. Орчин үеийн загварууд энэ цоорхойг хааж байгаа хэдий ч дэлхийн хаалтууд нь мэдрэмжийг бага зэрэг бууруулж чадах илүү төвөгтэй хэлхээг шаарддаг.
Хөшигний төрөл хэрхэн нөлөөлдөг aшинжлэх ухааны камер?
Шинжлэх ухааны өндөр хурдны дүрслэлд, тухайлбал, бөөмс хянах, эсийн динамик эсвэл баллистик гэх мэт хөдөлгөөнийг гажуудуулахаас зайлсхийхийн тулд дэлхийн хаалт зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Харин гэрэл багатай флюресцент микроскопийн хувьд, asCMOS камерМэдрэмж, динамик хүрээг нэмэгдүүлэхийн тулд гулсмал хаалт бүхий хаалтыг сонгож болно.
Үйлдвэрлэлийн хяналтад аль нь илүү дээр вэ?
Ихэнх үйлдвэрлэлийн хяналт шалгалтын ажилд ялангуяа хөдөлгөөнт туузан дамжуулагч, робот техник эсвэл машины хараатай холбоотой ажлуудад дэлхийн хаалт нь хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй геометрийн алдаагүйгээр нарийн хэмжилтийг баталгаажуулах илүү найдвартай сонголт юм.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан. Иш татахдаа эх сурвалжийг хүлээн зөвшөөрнө үү:www.tucsen.com
