CMOS इलेक्ट्रॉनिक शटर: जागतिक विरुद्ध रोलिंग आणि कसे निवडावे

वेळ२५/०८/२१

डिजिटल इमेजिंगच्या जगात, तुमच्या सेन्सरमधील इलेक्ट्रॉनिक शटरच्या प्रकाराइतकेच काही तांत्रिक घटक प्रतिमेच्या गुणवत्तेवर परिणाम करतात. तुम्ही हाय-स्पीड औद्योगिक प्रक्रियांचे चित्रीकरण करत असाल, सिनेमॅटिक सीक्वेन्सचे चित्रीकरण करत असाल किंवा कमकुवत खगोलीय घटना कॅप्चर करत असाल, तुमच्या CMOS कॅमेऱ्यातील शटर तंत्रज्ञान तुमची अंतिम प्रतिमा कशी दिसते यामध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावते.

 

दोन प्रमुख प्रकारचे CMOS इलेक्ट्रॉनिक शटर, ग्लोबल शटर आणि रोलिंग शटर, सेन्सरमधून प्रकाश बाहेर काढण्यासाठी आणि वाचण्यासाठी खूप भिन्न दृष्टिकोन वापरतात. जर तुम्हाला तुमची इमेजिंग सिस्टम तुमच्या अनुप्रयोगाशी जुळवायची असेल तर त्यांचे फरक, ताकद आणि ट्रेड-ऑफ समजून घेणे आवश्यक आहे.

 

या लेखात CMOS इलेक्ट्रॉनिक शटर म्हणजे काय, ग्लोबल आणि रोलिंग शटर कसे काम करतात, वास्तविक परिस्थितीत ते कसे कार्य करतात आणि तुमच्यासाठी कोणते सर्वोत्तम आहे हे कसे ठरवायचे हे स्पष्ट केले जाईल.

CMOS इलेक्ट्रॉनिक शटर म्हणजे काय?

CMOS सेन्सर हा बहुतेक आधुनिक कॅमेऱ्यांचा आत्मा आहे. येणाऱ्या प्रकाशाचे विद्युत सिग्नलमध्ये रूपांतर करण्यासाठी ते जबाबदार असते ज्यावर प्रक्रिया करून प्रतिमेत बदल करता येतो. "शटर" मध्येCMOS कॅमेराहा पडदा यांत्रिक असणे आवश्यक नाही - अनेक आधुनिक डिझाईन्स इलेक्ट्रॉनिक शटरवर अवलंबून असतात जे पिक्सेल प्रकाश कसा आणि केव्हा कॅप्चर करतात हे नियंत्रित करते.

 

यांत्रिक शटर जे भौतिकरित्या प्रकाश रोखते त्याच्या विपरीत, इलेक्ट्रॉनिक शटर प्रत्येक पिक्सेलमधील चार्जचा प्रवाह सुरू करून आणि थांबवून कार्य करते. CMOS इमेजिंगमध्ये, दोन प्राथमिक इलेक्ट्रॉनिक शटर आर्किटेक्चर आहेत: ग्लोबल शटर आणि रोलिंग शटर.

 

वेगळेपणा का महत्त्वाचा आहे? कारण एक्सपोजर आणि रीडआउटची पद्धत थेट प्रभावित करते:

● हालचाल प्रस्तुतीकरण आणि विकृती
● प्रतिमा तीक्ष्णता
● कमी प्रकाश संवेदनशीलता
● फ्रेम रेट आणि लेटन्सी
● विविध प्रकारच्या छायाचित्रण, व्हिडिओ आणि वैज्ञानिक प्रतिमांसाठी एकूणच योग्यता.

ग्लोबल शटर समजून घेणे

GMAX3405 ग्लोबल शटर सेन्सर

स्रोत: GMAX3405 ग्लोबल शटर सेन्सर

 

ग्लोबल शटर कसे काम करते

CMOS ग्लोबल शटर कॅमेरे संपूर्ण सेन्सरवर एकाच वेळी त्यांचे एक्सपोजर सुरू करतात आणि संपवतात. हे प्रति पिक्सेल 5 किंवा अधिक ट्रान्झिस्टर आणि रीडआउट दरम्यान अधिग्रहित फोटोइलेक्ट्रॉन चार्जेस धारण करणारा 'स्टोरेजनोड' वापरून साध्य केले जाते. एक्सपोजरचा क्रम खालीलप्रमाणे आहे:

 

१. जमिनीवर मिळवलेले शुल्क काढून प्रत्येक पिक्सेलमध्ये एकाच वेळी एक्सपोजर सुरू करा.

२. निवडलेल्या एक्सपोजर वेळेची वाट पहा.

३. एक्सपोजरच्या शेवटी, प्राप्त झालेले चार्जेस प्रत्येक पिक्सेलमधील स्टोरेज नोडमध्ये हलवा, ज्यामुळे त्या फ्रेमचे एक्सपोजर संपेल.

४. एकामागून एक ओळ, पिक्सेलच्या रीडआउट कॅपेसिटरमध्ये इलेक्ट्रॉन हलवा आणि जमा झालेला व्होल्टेज रीडआउट आर्किटेक्चरमध्ये रिले करा, ज्यामुळे अॅनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टर (ADCs) तयार होतात. पुढील एक्सपोजर सामान्यतः या पायरीसह एकाच वेळी केले जाऊ शकते.

ग्लोबल शटरचे फायदे

● गती विकृती नाही - गतिमान विषय अनुक्रमिक वाचनामुळे उद्भवू शकणाऱ्या तिरक्या किंवा डळमळीशिवाय त्यांचा आकार आणि भूमिती टिकवून ठेवतात.
● हाय-स्पीड कॅप्चर - क्रीडा, रोबोटिक्स किंवा उत्पादन गुणवत्ता नियंत्रण यासारख्या जलद गतीने चालणाऱ्या दृश्यांमध्ये गती गोठवण्यासाठी आदर्श.
● कमी विलंब - सर्व प्रतिमा डेटा एकाच वेळी उपलब्ध आहे, ज्यामुळे बाह्य कार्यक्रमांसह अचूक सिंक्रोनाइझेशन शक्य होते, जसे की लेसर पल्स किंवा स्ट्रोब लाईट्स.

ग्लोबल शटरच्या मर्यादा

● कमी प्रकाश संवेदनशीलता - काही जागतिक शटर पिक्सेल डिझाइन एकाच वेळी प्रदर्शनासाठी आवश्यक असलेल्या सर्किटरीला सामावून घेण्यासाठी प्रकाश-संकलन कार्यक्षमतेचा त्याग करतात.
● जास्त खर्च आणि गुंतागुंत - फॅब्रिकेशन अधिक आव्हानात्मक आहे, ज्यामुळे रोलिंग शटर समकक्षांच्या तुलनेत अनेकदा जास्त किमती मिळतात.
● वाढत्या आवाजाची शक्यता - सेन्सर डिझाइनवर अवलंबून, प्रति पिक्सेल अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक्समुळे वाचन आवाज किंचित जास्त होऊ शकतो.

रोलिंग शटर समजून घेणे

रोलिंग शटर कसे काम करते

फक्त ४ ट्रान्झिस्टर आणि स्टोरेज नोड नसल्यामुळे, CMOS पिक्सेल डिझाइनचा हा सोपा प्रकार अधिक क्लिष्ट इलेक्ट्रॉनिक शटर ऑपरेशनकडे नेतो. रोलिंग शटर पिक्सेल एका वेळी एका ओळीत सेन्सरच्या एक्सपोजरला सुरुवात आणि थांबवतात, सेन्सरला 'खाली' 'रोल' करतात. प्रत्येक एक्सपोजरसाठी विरुद्ध क्रम (आकृतीमध्ये देखील दर्शविला आहे) पाळला जातो:

रोलिंग शटर वर्तन

आकृती: ६x६ पिक्सेल कॅमेरा सेन्सरसाठी रोलिंग शटर प्रक्रिया

पहिली फ्रेम सेन्सरच्या वरच्या बाजूला एक्सपोजर (पिवळा) सुरू करते, प्रत्येक ओळीच्या वेळेनुसार एका ओळीच्या दराने खाली स्वीप करते. वरच्या ओळीसाठी एक्सपोजर पूर्ण झाल्यानंतर, रीड आउट (जांभळा) आणि त्यानंतर पुढील एक्सपोजर (निळा) सुरू होते.

 

१. जमिनीवर मिळवलेले चार्जेस काढून सेन्सरच्या वरच्या ओळीत एक्सपोजर सुरू करा.
२. 'पंक्ती वेळ' संपल्यानंतर, सेन्सरच्या दुसऱ्या रांगेत जा आणि एक्सपोजर सुरू करा, सेन्सरच्या खाली पुनरावृत्ती करा.
३. वरच्या ओळीसाठी विनंती केलेला एक्सपोजर वेळ संपल्यानंतर, रीडआउट आर्किटेक्चरद्वारे अधिग्रहित शुल्क पाठवून एक्सपोजर समाप्त करा. हे करण्यासाठी लागणारा वेळ 'रो टाइम' आहे.
४. एका ओळीचे वाचन पूर्ण होताच, ते चरण १ पासून पुन्हा एक्सपोजर सुरू करण्यास तयार असते, जरी त्यासाठी मागील एक्सपोजर करणाऱ्या इतर ओळींसह ओव्हरलॅपिंग करावे लागले तरीही.

रोलिंग शटरचे फायदे

कमी प्रकाशात चांगली कामगिरी- पिक्सेल डिझाइन प्रकाश संकलनाला प्राधान्य देऊ शकतात, मंद स्थितीत सिग्नल-टू-नॉइज रेशो सुधारतात.
उच्च गतिमान श्रेणी- अनुक्रमिक वाचन डिझाइन अधिक उजळ हायलाइट्स आणि गडद सावल्या अधिक सुंदरपणे हाताळू शकतात.
अधिक परवडणारे- रोलिंग शटर CMOS सेन्सर अधिक सामान्य आहेत आणि उत्पादनासाठी किफायतशीर आहेत.

 

रोलिंग शटरच्या मर्यादा

मोशन आर्टिफॅक्ट्स- वेगाने हालणारे विषय तिरपे किंवा वाकलेले दिसू शकतात, ज्याला "रोलिंग शटर इफेक्ट" म्हणतात.
व्हिडिओमध्ये जेलो इफेक्ट- कंपन किंवा जलद पॅनिंगसह हाताने पकडलेले फुटेज प्रतिमेत डळमळीतपणा आणू शकते.
सिंक्रोनाइझेशन आव्हाने– बाह्य कार्यक्रमांसह अचूक वेळेची आवश्यकता असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी कमी आदर्श.

 

जागतिक विरुद्ध रोलिंग शटर: शेजारी शेजारी तुलना

ग्लोबल शटर विरुद्ध रोलिंग शटर

रोलिंग आणि ग्लोबल शटरची तुलना कशी होते याचे उच्च-स्तरीय दृश्य येथे आहे:

वैशिष्ट्य

रोलिंग शटर

ग्लोबल शटर

पिक्सेल डिझाइन

4-ट्रान्झिस्टर (4T), स्टोरेज नोड नाही

५+ ट्रान्झिस्टर, स्टोरेज नोड समाविष्ट आहे

प्रकाश संवेदनशीलता

उच्च भरण घटक, सहजपणे बॅक-इल्युमिनेटेड फॉरमॅट → उच्च QE मध्ये रुपांतरित

कमी फिल फॅक्टर, बीएसआय अधिक जटिल

आवाज कामगिरी

साधारणपणे कमी वाचन आवाज

जोडलेल्या सर्किटरीमुळे थोडा जास्त आवाज येऊ शकतो.

गती विकृती

शक्य (तिरपे, वॉबल, जेलो इफेक्ट)

काहीही नाही — सर्व पिक्सेल एकाच वेळी उघड झाले आहेत

गती क्षमता

एक्सपोजर ओव्हरलॅप करू शकते आणि अनेक ओळी वाचू शकते; काही डिझाइनमध्ये बहुतेकदा जलद

पूर्ण-फ्रेम रीडआउटद्वारे मर्यादित, जरी स्प्लिट रीडआउट मदत करू शकते

खर्च

कमी उत्पादन खर्च

जास्त उत्पादन खर्च

सर्वोत्तम वापर प्रकरणे

कमी प्रकाशात छायाचित्रण, छायांकन, सामान्य छायाचित्रण

हाय-स्पीड मोशन कॅप्चर, औद्योगिक तपासणी, अचूक मेट्रोलॉजी

मुख्य कामगिरीतील फरक

रोलिंग शटर पिक्सेल सामान्यत: स्टोरेज नोडशिवाय ४-ट्रान्झिस्टर (४T) डिझाइन वापरतात, तर ग्लोबल शटरना प्रति पिक्सेल ५ किंवा अधिक ट्रान्झिस्टर आणि रीडआउट करण्यापूर्वी फोटोइलेक्ट्रॉन साठवण्यासाठी अतिरिक्त सर्किटरीची आवश्यकता असते.

 

भरण घटक आणि संवेदनशीलता– सोप्या 4T आर्किटेक्चरमुळे पिक्सेल फिल फॅक्टर जास्त असतो, म्हणजेच प्रत्येक पिक्सेलच्या पृष्ठभागावर प्रकाश संकलनासाठी जास्त जागा असते. रोलिंग शटर सेन्सर्सना बॅक-इल्युमिनेटेड फॉरमॅटमध्ये अधिक सहजपणे जुळवून घेता येते या वस्तुस्थितीसह, हे डिझाइन बहुतेकदा उच्च क्वांटम कार्यक्षमता देते.
आवाज कामगिरी- कमी ट्रान्झिस्टर आणि कमी गुंतागुंतीच्या सर्किटरीमुळे सामान्यतः रोलिंग शटर कमी वाचनीय आवाज प्रदर्शित करतात, ज्यामुळे ते कमी प्रकाशाच्या अनुप्रयोगांसाठी अधिक योग्य बनतात.
गती क्षमता- काही आर्किटेक्चरमध्ये रोलिंग शटर जलद असू शकतात कारण ते ओव्हरलॅपिंग एक्सपोजर आणि रीडआउटला अनुमती देतात, जरी हे सेन्सर डिझाइन आणि रीडआउट इलेक्ट्रॉनिक्सवर खूप अवलंबून असते.

 

खर्च आणि उत्पादन - शटर पिक्सेल रोलिंगची साधेपणा सामान्यतः जागतिक शटरच्या तुलनेत कमी उत्पादन खर्चात अनुवादित करते.

प्रगत विचार आणि तंत्रे

स्यूडो-ग्लोबल शटर

ज्या परिस्थितीत तुम्ही प्रकाश सेन्सरपर्यंत कधी पोहोचतो हे अचूकपणे नियंत्रित करू शकता - जसे की हार्डवेअरद्वारे ट्रिगर केलेल्या एलईडी किंवा लेसर प्रकाश स्रोताचा वापर करून - तुम्ही रोलिंग शटरसह "ग्लोबल-सारखे" परिणाम साध्य करू शकता. ही स्यूडो-ग्लोबल शटर पद्धत एक्सपोजर विंडोसह प्रदीपन समक्रमित करते, खऱ्या ग्लोबल शटर डिझाइनची आवश्यकता न ठेवता गती कलाकृती कमी करते.

 

इमेज ओव्हरलॅप

रोलिंग शटर सेन्सर सध्याच्या फ्रेमचे रीडआउट पूर्ण होण्यापूर्वी पुढील फ्रेम एक्सपोज करण्यास सुरुवात करू शकतात. हे ओव्हरलॅपिंग एक्सपोजर ड्युटी सायकल सुधारते आणि हाय-स्पीड अॅप्लिकेशन्ससाठी फायदेशीर आहे जिथे प्रति सेकंद जास्तीत जास्त फ्रेम कॅप्चर करणे महत्वाचे आहे, परंतु वेळेनुसार संवेदनशील प्रयोगांना गुंतागुंतीचे बनवू शकते.

 

एकाधिक पंक्ती वाचन

अनेक हाय-स्पीड CMOS कॅमेरे एका वेळी एकापेक्षा जास्त ओळींच्या पिक्सेल वाचू शकतात. काही मोडमध्ये, ओळी जोड्यांमध्ये वाचल्या जातात; प्रगत डिझाइनमध्ये, एकाच वेळी चार ओळी वाचता येतात, ज्यामुळे एकूण फ्रेम रीडआउट वेळ प्रभावीपणे कमी होतो.

 

स्प्लिट सेन्सर आर्किटेक्चर

रोलिंग आणि ग्लोबल शटर दोन्ही स्प्लिट सेन्सर लेआउट वापरू शकतात, जिथे इमेज सेन्सर उभ्या दोन भागांमध्ये विभागलेला असतो, प्रत्येकाच्या स्वतःच्या ADC ची पंक्ती असते.

● रोलिंग शटर स्प्लिट सेन्सर्समध्ये, रीडआउट बहुतेकदा मध्यभागी सुरू होते आणि वरच्या आणि खालच्या दोन्ही बाजूंनी बाहेरून फिरते, ज्यामुळे विलंब आणखी कमी होतो.
● जागतिक शटर डिझाइनमध्ये, स्प्लिट रीडआउट एकाच वेळी एक्सपोजर बदलल्याशिवाय फ्रेम दर सुधारू शकते.

तुमच्या अर्जासाठी कसे निवडावे: रोलिंग की ग्लोबल शटर?

ग्लोबल शटरमुळे अनुप्रयोगांना फायदा होऊ शकतो

● कार्यक्रमांच्या उच्च-अचूक वेळेची आवश्यकता

● खूप कमी एक्सपोजर वेळ आवश्यक आहे

● एखाद्या कार्यक्रमाशी समक्रमित करण्यासाठी अधिग्रहण सुरू होण्यापूर्वी सब-मिलिसेकंद विलंब आवश्यक आहे

● रोलिंग शटर सारख्याच किंवा जलद वेळेवर मोठ्या प्रमाणात गती किंवा गतिशीलता कॅप्चर करा.

● सेन्सरमध्ये एकाच वेळी अधिग्रहण आवश्यक आहे, परंतु मोठ्या क्षेत्रामध्ये स्यूडो-ग्लोबल शटर वापरण्यासाठी प्रकाश स्रोत नियंत्रित करू शकत नाही.

रोलिंग शटरमुळे अनुप्रयोगांना फायदा होऊ शकतो

● कमी प्रकाशात वापरण्यास आव्हानात्मक अनुप्रयोग: रोलिंग शटर कॅमेऱ्यांची अतिरिक्त क्वांटम कार्यक्षमता आणि कमी आवाज यामुळे अनेकदा सुधारित SNR होतो.

● हाय-स्पीड अॅप्लिकेशन्स जिथे सेन्सरमध्ये अचूक एकाच वेळी काम करणे महत्त्वाचे नसते किंवा प्रायोगिक वेळेच्या तुलनेत विलंब कमी असतो.

● इतर सामान्य अनुप्रयोग जिथे उत्पादन साधेपणा आणि रोलिंग शटर कॅमेऱ्यांची कमी किंमत फायदेशीर आहे.

सामान्य गैरसमज

१. "शटर फिरवणे नेहमीच वाईट असते."

खरे नाही—रोलिंग शटर अनेक वापरासाठी आदर्श आहेत आणि कमी प्रकाश आणि गतिमान श्रेणीत ते अनेकदा जागतिक शटरपेक्षा चांगले काम करतात.

२. "ग्लोबल शटर नेहमीच चांगले असते."

विरूपण-मुक्त कॅप्चर हा एक फायदा असला तरी, किंमत, आवाज आणि संवेदनशीलतेतील तडजोड मंद गतीच्या इमेजिंगच्या फायद्यांपेक्षा जास्त असू शकते.

३. "तुम्ही रोलिंग शटरने व्हिडिओ शूट करू शकत नाही."

अनेक उच्च दर्जाचे सिनेमा कॅमेरे रोलिंग शटरचा प्रभावीपणे वापर करतात; काळजीपूर्वक शूटिंग तंत्रे कलाकृती कमी करू शकतात.

४. "जागतिक शटर सर्व हालचाल अस्पष्टता दूर करतात."

ते भौमितिक विकृती रोखतात, परंतु दीर्घ प्रदर्शनामुळे हालचाल अस्पष्ट होऊ शकते.

निष्कर्ष

CMOS कॅमेऱ्यामध्ये ग्लोबल आणि रोलिंग शटर तंत्रज्ञानातील निवड ही गती हाताळणी, प्रकाश संवेदनशीलता, किंमत आणि तुमच्या विशिष्ट अनुप्रयोग गरजा यांच्यातील संतुलनावर अवलंबून असते.

● जर तुम्हाला जलद गतीने चालणाऱ्या दृश्यांसाठी विकृती-मुक्त कॅप्चर हवे असेल, तर ग्लोबल शटर हा एक स्पष्ट पर्याय आहे.

● जर तुम्ही कमी प्रकाशात कामगिरी, गतिमान श्रेणी आणि बजेटला प्राधान्य दिले तर रोलिंग शटर बहुतेकदा सर्वोत्तम परिणाम देते.

हे फरक समजून घेतल्याने तुम्ही योग्य साधन निवडू शकता याची खात्री होते—मग ते वैज्ञानिक इमेजिंगसाठी असो, औद्योगिक देखरेखीसाठी असो किंवा सर्जनशील उत्पादनासाठी असो.

वारंवार विचारले जाणारे प्रश्न

एरियल फोटोग्राफी किंवा ड्रोन मॅपिंगसाठी कोणता शटर प्रकार चांगला आहे?

मॅपिंग, सर्वेक्षण आणि तपासणीसाठी जिथे भौमितिक अचूकता महत्त्वाची असते, तिथे विकृती टाळण्यासाठी ग्लोबल शटरला प्राधान्य दिले जाते. तथापि, सर्जनशील हवाई व्हिडिओसाठी, हालचाली नियंत्रित केल्यास रोलिंग शटर उत्कृष्ट परिणाम देऊ शकते.

कमी प्रकाशात शटर निवडल्याने इमेजिंगवर कसा परिणाम होतो?

रोलिंग शटरचा सामान्यतः कमी प्रकाशात फायदा असतो कारण त्यांच्या पिक्सेल डिझाइनमध्ये प्रकाश गोळा करण्याच्या कार्यक्षमतेला प्राधान्य दिले जाऊ शकते. जागतिक शटरला अधिक जटिल सर्किटरीची आवश्यकता असू शकते जी संवेदनशीलता थोडी कमी करू शकते, जरी आधुनिक डिझाइन ही अंतर कमी करत आहेत.

शटर प्रकाराचा कसा परिणाम होतोवैज्ञानिक कॅमेरा?

कण ट्रॅकिंग, सेल डायनॅमिक्स किंवा बॅलिस्टिक्ससारख्या हाय-स्पीड सायंटिफिक इमेजिंगमध्ये - गती विकृती टाळण्यासाठी ग्लोबल शटर बहुतेकदा आवश्यक असते. परंतु कमी प्रकाशाच्या फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपीसाठी,sCMOS कॅमेरासंवेदनशीलता आणि गतिमान श्रेणी जास्तीत जास्त करण्यासाठी रोलिंग शटरसह निवडले जाऊ शकते.

 

औद्योगिक तपासणीसाठी कोणते चांगले आहे?

बहुतेक औद्योगिक तपासणी कामांमध्ये - विशेषत: हलणारे कन्व्हेयर बेल्ट, रोबोटिक्स किंवा मशीन व्हिजन यांचा समावेश असलेल्या कामांमध्ये - गती-प्रेरित भौमितिक त्रुटींशिवाय अचूक मोजमाप सुनिश्चित करण्यासाठी ग्लोबल शटर हा सर्वात सुरक्षित पर्याय आहे.

टक्सन फोटोनिक्स कंपनी लिमिटेड. सर्व हक्क राखीव. उद्धृत करताना, कृपया स्त्रोताची कबुली द्या:www.tucsen.com

किंमत आणि पर्याय

टॉपपॉइंटर
कोडपॉइंटर
कॉल करा
ऑनलाइन ग्राहक सेवा
तळाशी पॉइंटर
फ्लोटकोड

किंमत आणि पर्याय