25/08/21Fid-dinja tal-immaġini diġitali, ftit fatturi tekniċi jinfluwenzaw il-kwalità tal-immaġni daqs it-tip ta' shutter elettroniku fis-sensorju tiegħek. Kemm jekk qed tiffilmja proċessi industrijali b'veloċità għolja, tiffilmja sekwenzi ċinematiċi, jew taqbad fenomeni astronomiċi dgħajfa, it-teknoloġija tax-shutter ġewwa l-kamera CMOS tiegħek għandha rwol kritiku f'kif tirriżulta l-immaġni finali tiegħek.
Żewġ tipi dominanti ta' shutters elettroniċi CMOS, shutters globali u shutters rolling, jieħdu approċċi differenti ħafna għall-espożizzjoni u l-qari tad-dawl minn sensor. Il-fehim tad-differenzi, is-saħħiet u l-kompromessi tagħhom huwa essenzjali jekk trid tqabbel is-sistema tal-immaġini tiegħek mal-applikazzjoni tiegħek.
Dan l-artiklu se jispjega x'inhuma x-shutters elettroniċi CMOS, kif jaħdmu x-shutters globali u rolling, kif jaħdmu f'sitwazzjonijiet tad-dinja reali, u kif tiddeċiedi liema huwa l-aħjar għalik.
X'inhuma x-Xaters Elettroniċi CMOS?
Sensur CMOS huwa l-qalba tal-biċċa l-kbira tal-kameras moderni. Huwa responsabbli biex jikkonverti d-dawl li jkun dieħel f'sinjali elettriċi li jistgħu jiġu pproċessati f'immaġni. Ix-"shutter" f'Kamera CMOSmhux neċessarjament purtiera mekkanika—ħafna disinji moderni jiddependu fuq shutter elettroniku li jikkontrolla kif u meta l-pixels jaqbdu d-dawl.
B'differenza minn shutter mekkaniku li jimblokka d-dawl fiżikament, shutter elettroniku jaħdem billi jibda u jwaqqaf il-fluss ta' ċarġ f'kull pixel. Fl-immaġini CMOS, hemm żewġ arkitetturi primarji ta' shutter elettroniku: shutter globali u shutter rolling.
Għaliex hija importanti d-distinzjoni? Għax il-metodu ta' espożizzjoni u qari jaffettwa direttament:
● Ir-rendering tal-moviment u d-distorsjoni
● Ċarezza tal-immaġni
● Sensittività għal dawl baxx
● Rata tal-frejms u latency
● Adattabilità ġenerali għal tipi differenti ta' fotografija, vidjow, u immaġini xjentifiċi
Nifhmu x-Xatter Globali
Sors: GMAX3405 Global Shutter Sensor
Kif Jaħdem ix-Xatter Globali
Il-kameras CMOS b'xater globali jibdew u jtemmu l-espożizzjoni tagħhom simultanjament fis-sensorju kollu. Dan jinkiseb bl-użu ta' 5 transistors jew aktar għal kull pixel, u 'storagenode' li jżomm il-kargi tal-fotoelettroni akkwistati waqt il-qari. Is-sekwenza ta' espożizzjoni hija kif ġej:
1. Ibda l-espożizzjoni simultanjament f'kull pixel billi tneħħi l-ċarġijiet akkwistati għall-art.
2. Stenna l-ħin ta' espożizzjoni magħżul.
3. Fi tmiem l-espożizzjoni, iċċaqlaq iċ-ċarġijiet akkwistati lejn in-nodu tal-ħażna f'kull pixel, u b'hekk ittemm l-espożizzjoni ta' dak il-frejm.
4. Ringiela b'ringiela, iċċaqlaq l-elettroni fil-kapaċitatur tal-qari tal-pixel, u ibgħat il-vultaġġ akkumulat lill-arkitettura tal-qari, u b'hekk tilħaq il-qofol tagħha fil-konvertituri analogi għal diġitali (ADCs). L-espożizzjoni li jmiss tista' tipikament titwettaq simultanjament ma' dan il-pass.
Vantaġġi ta' Global Shutter
● Ebda Distorsjoni tal-Mozzjoni – Suġġetti li jiċċaqalqu jżommu l-forma u l-ġeometrija tagħhom mingħajr l-inklinazzjoni jew it-tbandil li jista' jseħħ bil-qari sekwenzjali.
● Qbid b'Veloċità Għolja – Ideali għall-iffriżar tal-moviment f'xeni li jiċċaqalqu malajr, bħal fl-isports, ir-robotika, jew il-kontroll tal-kwalità tal-manifattura.
● Latenza Baxxa – Id-dejta kollha tal-immaġni hija disponibbli f'daqqa, u b'hekk tippermetti sinkronizzazzjoni preċiża ma' avvenimenti esterni, bħal impulsi tal-lejżer jew dwal strobe.
Limitazzjonijiet tax-Xutter Globali
● Sensittività għad-Dawl Aktar Baxxa – Xi disinji ta' pixels tax-shutter globali jissagrifikaw l-effiċjenza tal-ġbir tad-dawl biex jakkomodaw iċ-ċirkwiti meħtieġa għall-espożizzjoni simultanja.
● Spiża u Kumplessità Ogħla – Il-fabbrikazzjoni hija aktar ta’ sfida, u ħafna drabi tirriżulta fi prezzijiet ogħla meta mqabbla mal-kontropartijiet tar-rolling shutter.
● Potenzjal għal Żieda fl-Istorbju – Skont id-disinn tas-sensur, l-elettronika żejda għal kull pixel tista' twassal għal storbju tal-qari kemxejn ogħla.
Nifhmu x-Xatter Rolling
Kif Jaħdem ir-Rolling Shutter
Billi tuża biss 4 transistors u l-ebda nodu tal-ħażna, din il-forma aktar sempliċi ta' disinn tal-pixel CMOS twassal għal operazzjoni elettronika tax-shutter aktar ikkumplikata. Il-pixels tax-shutter rolling jibdew u jwaqqfu l-espożizzjoni tas-sensor ringiela waħda kull darba, 'jirromblaw' 'l isfel is-sensor. Is-sekwenza opposta (murija wkoll fil-figura) hija segwita għal kull espożizzjoni:
Figura: Il-proċess tax-shutter rolling għal sensur tal-kamera ta' 6x6 pixel
L-ewwel frejm jibda l-espożizzjoni (isfar) fil-parti ta' fuq tas-sensorju, u jiknes 'l isfel b'rata ta' linja waħda għal kull ħin ta' linja. Ladarba l-espożizzjoni tkun tlestiet għal-linja ta' fuq, il-qari (vjola) segwit mill-bidu tal-espożizzjoni li jmiss (blu) jiknes 'l isfel fis-sensorju.
1. Ibda l-espożizzjoni għar-ringiela ta' fuq tas-sensorju billi tneħħi l-ċarġijiet akkwistati lejn l-art.
2. Wara li jgħaddi l-'ħin tar-ringiela', mur għat-tieni ringiela tas-sensorju u ibda l-espożizzjoni, billi tirrepeti 'l isfel mis-sensorju.
3. Ladarba l-ħin ta' espożizzjoni mitlub ikun lest għall-ogħla ringiela, temm l-espożizzjoni billi tibgħat iċ-ċarġijiet akkwistati permezz tal-arkitettura tal-qari. Il-ħin meħud biex tagħmel dan huwa l-'ħin tar-ringiela'.
4. Hekk kif il-qari għal ringiela jitlesta, tkun lesta biex terġa' tibda l-espożizzjoni mill-Pass 1, anke jekk dan ifisser li tikkoinċidi ma' ringieli oħra li jwettqu l-espożizzjoni preċedenti.
Vantaġġi ta' Rolling Shutter
●Prestazzjoni Aħjar f'Dawl Baxx– Id-disinji tal-pixels jistgħu jipprijoritizzaw il-ġbir tad-dawl, u b'hekk itejbu l-proporzjon tas-sinjal għall-ħoss f'kundizzjonijiet mudlama.
●Firxa Dinamika Ogħla– Disinji ta' qari sekwenzjali jistgħu jimmaniġġjaw punti ewlenin aktar qawwijin u dellijiet aktar skuri b'aktar grazzja.
●Aktar Affordabbli– Is-sensuri CMOS b'xater rotanti huma aktar komuni u kosteffettivi biex jiġu manifatturati.
Limitazzjonijiet tar-Rolling Shutter
●Artefatti tal-Mozzjoni– Suġġetti li jiċċaqalqu malajr jistgħu jidhru mgħawġa jew imxaqilbin, magħruf bħala l-“effett tax-shutter rolling.”
●Effett Jello fil-Vidjo– Filmati meħuda bl-idejn b'vibrazzjoni jew panning veloċi jistgħu jikkawżaw tħawwid fl-immaġni.
●Sfidi ta' Sinkronizzazzjoni– Inqas ideali għal applikazzjonijiet li jeħtieġu ħin preċiż ma' avvenimenti esterni.
Globali vs. Rolling Shutter: Paragun Maġenb Side
Hawnhekk hawn ħarsa ġenerali lejn kif jitqabblu s-shutters rolling u globali:
| Karatteristika | Xater li Jirrollja | Xater Globali |
| Disinn tal-Pixel | 4-transistor (4T), l-ebda nodu tal-ħażna | 5+ transistors, jinkludi nodu tal-ħażna |
| Sensittività għad-Dawl | Fattur ta' mili ogħla, faċilment adattat għal format illuminat minn wara → QE ogħla | Fattur ta' mili aktar baxx, BSI aktar kumpless |
| Prestazzjoni tal-Istorbju | Ġeneralment aktar baxx l-istorbju tal-qari | Jista' jkollu storbju kemxejn ogħla minħabba ċirkwiti miżjuda |
| Distorsjoni tal-Mozzjoni | Possibbli (effett ta' skew, wobble, jello) | Xejn — il-pixels kollha esposti simultanjament |
| Potenzjal tal-Veloċità | Jista' jikkoinċidi l-espożizzjonijiet u jaqra diversi ringieli; ħafna drabi aktar mgħaġġel f'xi disinji | Limitat minn qari full-frame, għalkemm qari maqsum jista' jgħin |
| Spiża | Spiża tal-manifattura aktar baxxa | Spiża ogħla tal-manifattura |
| L-Aqwa Każijiet ta' Użu | Immaġini f'dawl baxx, ċinematografija, fotografija ġenerali | Qbid ta' moviment b'veloċità għolja, spezzjoni industrijali, metroloġija ta' preċiżjoni |
Differenzi fil-Prestazzjoni Ewlenija
Il-pixels tax-shutter rolling tipikament jużaw disinn ta' 4-transistors (4T) mingħajr nodu tal-ħażna, filwaqt li x-shutters globali jeħtieġu 5 transistors jew aktar għal kull pixel flimkien ma' ċirkwiti addizzjonali biex jaħżnu l-fotoelettroni qabel il-qari.
●Fattur tal-Mili u Sensittività– L-arkitettura 4T aktar sempliċi tippermetti fattur ta' mili tal-pixel ogħla, li jfisser li aktar mill-wiċċ ta' kull pixel huwa ddedikat għall-ġbir tad-dawl. Dan id-disinn, flimkien mal-fatt li s-sensuri rolling shutter jistgħu jiġu adattati aktar faċilment għal format illuminat minn wara, ħafna drabi jirriżulta f'effiċjenza kwantistika ogħla.
●Prestazzjoni tal-Istorbju– Inqas transistors u ċirkwiti inqas kumplessi ġeneralment ifissru li x-shutters rolling juru inqas storbju fil-qari, u b'hekk ikunu aktar adattati għal applikazzjonijiet f'dawl baxx.
●Potenzjal tal-Veloċità– Ix-shutters rolling jistgħu jkunu aktar veloċi f'ċerti arkitetturi għax jippermettu espożizzjoni u qari li jikkoinċidu, għalkemm dan jiddependi ħafna mid-disinn tas-sensuri u l-elettronika tal-qari.
Kost u Manifattura – Is-sempliċità tal-pixels tar-rolling shutter tipikament tissarraf fi spejjeż ta' produzzjoni aktar baxxi meta mqabbla max-shutters globali.
Konsiderazzjonijiet u Tekniki Avvanzati
Shutter Psewdo-Globali
F'sitwazzjonijiet fejn tista' tikkontrolla b'mod preċiż meta d-dawl jilħaq is-sensorju—bħal meta tuża sors ta' dawl LED jew bil-lejżer attivat minn hardware—tista' tikseb riżultati "globali" b'rolling shutter. Dan il-metodu ta' shutter pseudo-globali jissinkronizza l-illuminazzjoni mat-tieqa tal-espożizzjoni, u jimminimizza l-artefatti tal-moviment mingħajr ma jkun jeħtieġ disinn ta' shutter globali veru.
Sovrappożizzjoni tal-Immaġni
Sensuri tas-shutter rolling jistgħu jibdew jesponu l-frejm li jmiss qabel ma jitlesta l-qari tal-frejm attwali. Din l-espożizzjoni sovrapposta ttejjeb iċ-ċiklu tad-dazju u hija ta' benefiċċju għal applikazzjonijiet b'veloċità għolja fejn il-qbid tal-għadd massimu ta' frejms kull sekonda huwa kritiku, iżda jista' jikkomplika esperimenti sensittivi għall-ħin.
Qari ta' Ringieli Multipli
Ħafna kameras CMOS b'veloċità għolja jistgħu jaqraw aktar minn ringiela waħda ta' pixels kull darba. F'xi modi, ir-ringieli jinqraw f'pari; f'disinji avvanzati, jistgħu jinqraw sa erba' ringieli simultanjament, u b'hekk jitnaqqas b'mod effettiv il-ħin totali tal-qari tal-frejms.
Arkitettura tas-Sensuri Maqsuma
Kemm ix-shutters rolling kif ukoll dawk globali jistgħu jużaw tqassim ta' sensur maqsum, fejn is-sensor tal-immaġni huwa maqsum vertikalment f'żewġ nofsijiet, kull waħda bir-ringiela tagħha stess ta' ADCs.
● Fis-sensuri split tar-rolling shutter, il-qari spiss jibda miċ-ċentru u jimxi 'l barra kemm lejn il-parti ta' fuq kif ukoll lejn il-parti ta' isfel, u b'hekk inaqqas aktar il-latency.
● Fid-disinji tax-shutter globali, il-qari maqsum jista' jtejjeb ir-rati tal-frejms mingħajr ma jbiddel is-simultanjetà tal-espożizzjoni.
Kif Tagħżel għall-Applikazzjoni Tiegħek: Rolling Shutter jew Global Shutter?
Ix-shutter globali jista' jkun ta' benefiċċju għall-applikazzjonijiet
● Jeħtieġ ħin preċiż ħafna tal-avvenimenti
● Jeħtieġu ħinijiet ta' espożizzjoni qosra ħafna
● Jeħtieġ dewmien ta' inqas minn millisekonda qabel il-bidu ta' akkwist biex jiġi sinkronizzat ma' avveniment
● Aqbad moviment jew dinamika fuq skala kbira fuq skala ta' żmien simili jew aktar mgħaġġla għal rolling shutter
● Jeħtieġu akkwist simultanju fis-sensorju, iżda ma jistgħux jikkontrollaw is-sorsi tad-dawl biex jużaw xater pseudo-globali fuq żona kbira
Ix-shutter rolling jista' jkun ta' benefiċċju għall-applikazzjonijiet
● Applikazzjonijiet ta' sfida f'dawl baxx: L-effiċjenza kwantistika addizzjonali u l-istorbju aktar baxx tal-kameras rolling shutter spiss iwasslu għal SNR imtejjeb
● Applikazzjonijiet b'veloċità għolja fejn is-simultanjetà eżatta fis-sensor mhijiex importanti, jew id-dewmien huwa żgħir meta mqabbel mal-iskali ta' żmien sperimentali
● Applikazzjonijiet oħra aktar ġenerali fejn is-sempliċità tal-manifattura u l-ispiża aktar baxxa tal-kameras rolling shutter huma ta' benefiċċju
Kunċetti Żbaljati Komuni
1. "Ix-shutter rolling huwa dejjem ħażin."
Mhux veru—ir-rolling shutters huma ideali għal ħafna każijiet ta' użu u ħafna drabi jegħlbu x-global shutters f'dawl baxx u firxa dinamika.
2. "Ix-shutter globali huwa dejjem aħjar."
Filwaqt li l-qbid mingħajr distorsjoni huwa vantaġġ, il-kompromessi fl-ispiża, l-istorbju, u s-sensittività jistgħu jegħlbu l-benefiċċji ta' immaġini b'ritmu aktar bil-mod.
3. "Ma tistax tiġbed vidjow b'rolling shutter."
Ħafna kameras taċ-ċinema ta' kwalità għolja jużaw rolling shutters b'mod effettiv; tekniki ta' ġbid bir-reqqa jistgħu jimminimizzaw l-artefatti.
4. "Ix-xaters globali jeliminaw kull ċċajpar tal-moviment."
Dawn jipprevjenu d-distorsjoni ġeometrika, iżda xorta jista' jseħħ ċċajpar tal-moviment minn ħinijiet twal ta' espożizzjoni.
Konklużjoni
L-għażla bejn it-teknoloġija globali u rolling shutter f'kamera CMOS tiddependi fuq il-bilanċ bejn l-immaniġġjar tal-moviment, is-sensittività għad-dawl, l-ispiża, u l-bżonnijiet speċifiċi tal-applikazzjoni tiegħek.
● Jekk teħtieġ qbid mingħajr distorsjoni għal xeni li jiċċaqalqu malajr, ix-shutter globali huwa l-għażla ċara.
● Jekk tipprijoritizza l-prestazzjoni f'dawl baxx, il-firxa dinamika, u l-baġit, ir-rolling shutter ħafna drabi jagħti l-aħjar riżultati.
Il-fehim ta' dawn id-differenzi jiżgura li tkun tista' tagħżel l-għodda t-tajba—kemm jekk għall-immaġini xjentifiċi, monitoraġġ industrijali, jew produzzjoni kreattiva.
Mistoqsijiet Frekwenti
Liema tip ta' shutter huwa aħjar għall-fotografija mill-ajru jew għall-immappjar bid-drones?
Għall-immappjar, l-istħarriġ, u l-ispezzjoni fejn l-eżattezza ġeometrika hija kruċjali, huwa preferut shutter globali biex tiġi evitata d-distorsjoni. Madankollu, għal vidjow kreattiv mill-ajru, rolling shutter xorta jista' jagħti riżultati eċċellenti jekk il-movimenti jkunu kkontrollati.
Kif l-għażla tax-shutter taffettwa l-immaġini f'dawl baxx?
Ix-shutters rolling ġeneralment għandhom vantaġġ fil-prestazzjoni f'dawl baxx għaliex id-disinji tal-pixels tagħhom jistgħu jipprijoritizzaw l-effiċjenza tal-ġbir tad-dawl. Ix-shutters globali jistgħu jeħtieġu ċirkwiti aktar kumplessi li jistgħu jnaqqsu xi ftit is-sensittività, għalkemm id-disinji moderni qed jagħlqu din id-distakk.
Kif it-tip ta' shutter jaffettwakamera xjentifika?
Fl-immaġini xjentifiċi b'veloċità għolja—bħal traċċar ta' partiċelli, dinamika taċ-ċelloli, jew ballistika—xater globali ħafna drabi huwa essenzjali biex tiġi evitata d-distorsjoni tal-moviment. Iżda għall-mikroskopija tal-fluworexxenza f'dawl baxx,Kamera sCMOSb'rolling shutter jista' jintgħażel biex jiġi massimizzat is-sensittività u l-firxa dinamika.
Liema huwa aħjar għall-ispezzjoni industrijali?
Fil-biċċa l-kbira tal-kompiti ta' spezzjoni industrijali—speċjalment dawk li jinvolvu ċ-ċinturini tal-conveyor li jiċċaqalqu, ir-robotika, jew il-viżjoni bil-magna—xater globali huwa l-għażla aktar sikura biex jiżgura kejl preċiż mingħajr żbalji ġeometriċi kkawżati mill-moviment.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Id-drittijiet kollha riżervati. Meta tikkwota, jekk jogħġbok agħraf is-sors:www.tucsen.com
