25/08/21Raqamli tasvir dunyosida bir nechta texnik omillar tasvir sifatiga sensoringizdagi elektron deklanşör turi kabi ta'sir qiladi. Yuqori tezlikdagi sanoat jarayonlarini suratga olyapsizmi, kinematik ketma-ketliklarni suratga olsangiz yoki zaif astronomik hodisalarni suratga olasizmi, CMOS kamerangizdagi tortishish texnologiyasi yakuniy tasviringiz qanday paydo bo'lishida muhim rol o'ynaydi.
CMOS elektron panjurlarining ikkita dominant turi, global panjurlar va panjurlar sensordan yorug'likni chiqarish va o'qish uchun juda boshqacha yondashuvlarni qo'llaydi. Tasvirlash tizimingizni ilovangizga moslashtirmoqchi bo'lsangiz, ularning farqlarini, kuchli tomonlarini va kelishuvlarini tushunish juda muhimdir.
Ushbu maqolada CMOS elektron panjurlari nima ekanligini, global va aylanma panjurlar qanday ishlashini, ular real vaziyatlarda qanday ishlashini va qaysi biri siz uchun eng yaxshi ekanligini qanday hal qilishni tushuntiradi.
CMOS elektron panjurlari nima?
CMOS sensori eng zamonaviy kameralarning yuragi hisoblanadi. U kiruvchi yorug'likni tasvirga qayta ishlanishi mumkin bo'lgan elektr signallariga aylantirish uchun javobgardir. a.dagi "deklanşör"CMOS kameraMexanik parda bo'lishi shart emas - ko'pgina zamonaviy dizaynlar piksellar yorug'likni qanday va qachon ushlashini boshqaradigan elektron panjaga tayanadi.
Yorug'likni jismonan to'sib qo'yadigan mexanik deklanşördan farqli o'laroq, elektron deklanşör har bir piksel ichidagi zaryad oqimini ishga tushirish va to'xtatish orqali ishlaydi. CMOS tasvirida ikkita asosiy elektron deklanşör arxitekturasi mavjud: global deklanşör va rulonli panjur.
Nima uchun farq muhim? Chunki ta'sir qilish va o'qish usuli bevosita ta'sir qiladi:
● Harakatni ko'rsatish va buzilish
● Tasvirning aniqligi
● Kam yorug'lik sezgirligi
● Kadr tezligi va kechikish
● Har xil turdagi fotosuratlar, videolar va ilmiy tasvirlar uchun umumiy muvofiqlik
Global shutter haqida tushuncha
Manba: GMAX3405 Global Shutter Sensor
Global shutter qanday ishlaydi
CMOS Global deklanşör kameralari bir vaqtning o'zida butun sensor bo'ylab ekspozitsiyani boshlaydi va tugatadi. Bunga har bir piksel uchun 5 yoki undan ortiq tranzistorlar va o'qish paytida olingan fotoelektron zaryadlarini ushlab turadigan "saqlash tugunlari" yordamida erishiladi. Ta'sir qilish ketma-ketligi quyidagicha:
1. Olingan zaryadlarni yerdan tozalash orqali har bir pikselda bir vaqtning o'zida ekspozitsiyani boshlang.
2. Tanlangan ekspozitsiya vaqtini kuting.
3. Ekspozitsiya oxirida olingan zaryadlarni har bir pikseldagi saqlash tuguniga o'tkazing va bu kadrning ekspozitsiyasini tugating.
4. Qator-qator, elektronlarni pikselning o'qish kondensatoriga o'tkazing va to'plangan kuchlanishni o'qish arxitekturasiga o'tkazing, bu esa analog-raqamli konvertorlar (ADC) bilan yakunlanadi. Keyingi ekspozitsiya odatda ushbu bosqich bilan bir vaqtda amalga oshirilishi mumkin.
Global shutterning afzalliklari
● Harakat buzilishi yo‘q – Harakatlanuvchi obyektlar ketma-ket o‘qishda yuzaga kelishi mumkin bo‘lgan qiyshayish yoki tebranishlarsiz shakli va geometriyasini saqlab qoladi.
● Yuqori tezlikda suratga olish – sport, robototexnika yoki ishlab chiqarish sifatini nazorat qilish kabi tez harakatlanuvchi sahnalarda harakatni muzlatish uchun ideal.
● Past kechikish - barcha tasvir ma'lumotlari bir vaqtning o'zida mavjud bo'lib, lazer impulslari yoki strob chiroqlari kabi tashqi hodisalar bilan aniq sinxronizatsiya qilish imkonini beradi.
Global tortishish cheklovlari
● Pastroq yorug'lik sezuvchanligi - Ba'zi global tortishish piksellari dizaynlari bir vaqtning o'zida ta'sir qilish uchun zarur bo'lgan sxemani joylashtirish uchun yorug'lik yig'ish samaradorligini qurbon qiladi.
● Yuqori xarajat va murakkablik - Ishlab chiqarish ancha qiyin, bu esa ko'pincha panjurlar bilan solishtirganda yuqori narxlarga olib keladi.
● Shovqinning kuchayishi potentsiali - Sensor dizayniga qarab, har bir pikselga qo'shimcha elektronika biroz yuqoriroq o'qish shovqiniga olib kelishi mumkin.
Rolling panjur haqida tushuncha
Rolling panjur qanday ishlaydi
Faqat 4 ta tranzistordan va saqlash tugunidan foydalanmasdan, CMOS pikselli dizaynining bu oddiy shakli elektron tortishishning yanada murakkab ishlashiga olib keladi. Rolling panjur piksellari bir vaqtning o'zida bir qatorda sensorning ekspozitsiyasini boshlaydi va to'xtatadi, sensorni "pastga aylantiradi". Har bir ekspozitsiya uchun teskari ketma-ketlik (rasmda ham ko'rsatilgan) bajariladi:
Rasm: 6x6 pikselli kamera sensori uchun aylanma panjur jarayoni
Birinchi kadr datchikning yuqori qismida ekspozitsiyani (sariq) boshlaydi, har bir chiziq vaqtiga bir satr tezligida pastga siljiydi. Yuqori chiziq uchun ekspozitsiya tugallangandan so'ng, o'qilgan (binafsha rang) va keyingi ekspozitsiyaning boshlanishi (ko'k) sensorni pastga siljitadi.
1. Tuproqqa olingan zaryadlarni tozalash orqali sensorning yuqori qatoriga ta'sir qilishni boshlang.
2. "Qator vaqti" o'tgandan so'ng, sensorning ikkinchi qatoriga o'ting va sensorni pastga takrorlab, ekspozitsiyani boshlang.
3. Yuqori qator uchun soʻralgan taʼsir qilish vaqti tugagach, oʻqish arxitekturasi orqali olingan toʻlovlarni yuborish orqali ekspozitsiyani tugating. Buning uchun sarflangan vaqt "qator vaqti" dir.
4. Qator uchun o‘qish tugallanishi bilanoq, u 1-bosqichdan boshlab yana ekspozitsiyani boshlashga tayyor bo‘ladi, hatto bu avvalgi ekspozitsiyani amalga oshiruvchi boshqa qatorlar bilan bir-biriga o‘xshash bo‘lsa ham.
Rolling panjurning afzalliklari
●Kam yorug'likda yaxshiroq ishlash- Piksel dizaynlari yorug'lik to'plamini birinchi o'ringa qo'yishi mumkin, xira sharoitlarda signal-shovqin nisbati yaxshilanadi.
●Yuqori dinamik diapazon- Ketma-ket o'qish dizaynlari yorqinroq yorug'lik va quyuqroq soyalarni yanada chiroyli tarzda boshqarishi mumkin.
●Yana hamyonbop– Rolling panjurli CMOS sensorlar ishlab chiqarishda keng tarqalgan va tejamkor hisoblanadi.
Rolling panjurning cheklovlari
●Harakat artefaktlari– Tez harakatlanuvchi ob’ektlar qiyshaygan yoki egilgan ko‘rinishi mumkin, bu “aylanma panjur effekti” deb nomlanadi.
●Videodagi jello effekti– Vibratsiyali yoki tez panoramali qo‘lda olingan tasvirlar tasvirning tebranishiga olib kelishi mumkin.
●Sinxronizatsiya muammolari- Tashqi hodisalar bilan aniq vaqtni talab qiladigan ilovalar uchun kamroq ideal.
Global va boshqalar Rolling Panjara: yonma-yon taqqoslash
Bu erda aylanma va global panjurlar qanday taqqoslanishining yuqori darajadagi ko'rinishi:
| Xususiyat | Rolling panjur | Global yopilish |
| Piksel dizayni | 4-tranzistorli (4T), saqlash tuguniga ega emas | 5+ tranzistorlar, saqlash tugunini o'z ichiga oladi |
| Nurga sezgirlik | Yuqori to'ldirish koeffitsienti, orqadan yoritilgan formatga osongina moslashtiriladi → yuqori QE | Pastroq to'ldirish omili, BSI murakkabroq |
| Shovqin ishlashi | Odatda past o'qish shovqini | Qo'shimcha sxemalar tufayli biroz balandroq shovqin bo'lishi mumkin |
| Harakatning buzilishi | Mumkin (qiyshiq, tebranish, jele effekti) | Yo'q - barcha piksellar bir vaqtning o'zida ochiladi |
| Tezlik potentsiali | Ekspozitsiyalarni bir-biriga moslashtira oladi va bir nechta qatorlarni o'qiy oladi; ko'pincha ba'zi dizaynlarda tezroq | Toʻliq kadrda oʻqish bilan cheklangan, lekin boʻlingan oʻqish yordam berishi mumkin |
| Narxi | Pastroq ishlab chiqarish xarajati | Yuqori ishlab chiqarish xarajati |
| Eng yaxshi foydalanish holatlari | Kam nurli tasvir, kinematografiya, umumiy fotografiya | Yuqori tezlikda harakatlanish, sanoat tekshiruvi, aniq metrologiya |
Asosiy ishlash farqlari
Rolling panjur piksellari odatda saqlash tuguniga ega bo'lmagan 4-tranzistorli (4T) dizayndan foydalanadi, global panjurlar esa o'qishdan oldin fotoelektronlarni saqlash uchun har bir piksel uchun 5 yoki undan ortiq tranzistor va qo'shimcha sxemani talab qiladi.
●To'ldirish omili va sezgirlik– Oddiyroq 4T arxitekturasi yuqori piksellarni toʻldirish omiliga imkon beradi, yaʼni har bir piksel sirtining koʻproq qismi yorugʻlik toʻplamiga bagʻishlangan. Ushbu dizayn, aylanma panjur datchiklarini orqadan yoritilgan formatga osonroq moslash mumkinligi bilan birgalikda, ko'pincha yuqori kvant samaradorligiga olib keladi.
●Shovqin ishlashi– Kamroq tranzistorlar va kamroq murakkab sxemalar, odatda, aylanma panjurlar kamroq o'qish shovqinini ko'rsatadi, bu ularni kam yorug'likdagi ilovalar uchun yaxshiroq moslashtiradi.
●Tezlik potentsiali– Rolling panjurlar ma'lum arxitekturalarda tezroq bo'lishi mumkin, chunki ular bir-biriga mos keladigan ekspozitsiya va o'qish imkonini beradi, lekin bu sensor dizayni va o'qish elektronikasiga juda bog'liq.
Xarajatlar va ishlab chiqarish - Oynali panjur piksellarining soddaligi odatda global panjurlarga nisbatan ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi.
Ilg'or mulohazalar va texnikalar
Pseudo-Global Shutter
Yorug'lik sensorga yetib borishini aniq boshqarishingiz mumkin bo'lgan holatlarda (masalan, apparat tomonidan ishga tushirilgan LED yoki lazer yorug'lik manbasidan foydalanish) siz aylanma panjur yordamida "global" natijalarga erishishingiz mumkin. Ushbu psevdo-global tortishish usuli yorug'likni ekspozitsiya oynasi bilan sinxronlashtiradi, bu esa haqiqiy global tortishish dizaynini talab qilmasdan harakat artefaktlarini minimallashtiradi.
Tasvirning oʻzaro kelishilishi
Aylanadigan panjur datchiklari joriy kadrni o'qish tugagunga qadar keyingi kadrni ochishni boshlashi mumkin. Ushbu bir-biriga o'xshash ekspozitsiya ish aylanishini yaxshilaydi va soniyada maksimal kadrlar sonini olish muhim bo'lgan yuqori tezlikdagi ilovalar uchun foydalidir, lekin vaqtni sezgir tajribalarni murakkablashtirishi mumkin.
Ko'p qatorli o'qish
Ko'pgina yuqori tezlikdagi CMOS kameralari bir vaqtning o'zida bir nechta piksel qatorini o'qiy oladi. Ba'zi rejimlarda qatorlar juft bo'lib o'qiladi; ilg'or dizaynlarda bir vaqtning o'zida to'rtta qatorni o'qish mumkin, bu esa jami kadrlarni o'qish vaqtini samarali qisqartiradi.
Split Sensor arxitekturasi
Ham aylanma, ham global panjurlar ajratilgan sensor sxemasidan foydalanishi mumkin, bu erda tasvir sensori vertikal ravishda ikkita yarmiga bo'linadi, ularning har biri o'z qatori ADC.
● Olovli panjurni ajratish datchiklarida o‘qish ko‘pincha markazdan boshlanadi va tashqariga yuqoriga ham, pastga ham aylanadi, bu esa kechikishni yanada kamaytiradi.
● Global deklanşör dizaynlarida, ajratilgan o'qish bir vaqtning o'zida ekspozitsiyani o'zgartirmasdan kadr tezligini yaxshilashi mumkin.
Ilovangiz uchun qanday tanlash mumkin: Rolling yoki Global Shutter?
Global deklanşör ilovalarga foyda keltirishi mumkin
● Voqealarning yuqori aniqlikdagi vaqtini talab qilish
● Juda qisqa ta'sir qilish vaqtlarini talab qiling
● Hodisa bilan sinxronlash uchun olish boshlanishidan oldin millisekunddan past kechikishni talab qilish
● Katta miqyosdagi harakat yoki dinamikani aylanma panjurga o‘xshash yoki tezroq vaqt shkalasida suratga oling
● Sensor bo‘ylab bir vaqtning o‘zida suratga olishni talab qiladi, lekin katta maydon bo‘ylab psevdo-global deklanşördan foydalanish uchun yorug‘lik manbalarini boshqara olmaydi
Rolling panjur ilovalarga foyda keltirishi mumkin
● Kam yorug‘likli ilovalar: qo‘shimcha kvant samaradorligi va aylanma kameralarning past shovqini ko‘pincha yaxshilangan SNRga olib keladi.
● Sensor bo'ylab aniq bir vaqtdalik muhim bo'lmagan yoki kechikish tajriba vaqt shkalalariga nisbatan kichik bo'lgan yuqori tezlikdagi ilovalar
● Yaltiroq kameralarni ishlab chiqarishning soddaligi va arzonligi foydali bo‘lgan boshqa umumiy ilovalar
Umumiy noto'g'ri tushunchalar
1. "O'zgaruvchan panjur har doim yomon".
To'g'ri emas - aylanma panjurlar ko'p foydalanish holatlari uchun ideal va ko'pincha kam yorug'lik va dinamik diapazonda global panjurlardan ustun turadi.
2. "Global deklanşör har doim yaxshiroq."
Buzilishsiz suratga olish afzallik bo'lsa-da, xarajat, shovqin va sezgirlik bo'yicha kelishuvlar sekinroq suratga olishning afzalliklaridan ustun bo'lishi mumkin.
3. "O'q-dori bilan video suratga ololmaysiz".
Ko'pgina yuqori darajadagi kinokameralar panjurlardan samarali foydalanadi; ehtiyotkorlik bilan tortishish texnikasi artefaktlarni minimallashtirishi mumkin.
4. "Global panjurlar barcha harakatlarning xiralashishini yo'q qiladi."
Ular geometrik buzilishlarni oldini oladi, lekin uzoq vaqt davomida ta'sir qilish natijasida harakatning xiralashishi hali ham paydo bo'lishi mumkin.
Xulosa
CMOS kamerasida global va aylanma panjur texnologiyasi o'rtasidagi tanlov harakatni boshqarish, yorug'lik sezgirligi, narx va sizning maxsus dastur ehtiyojlaringiz o'rtasidagi muvozanatga asoslanadi.
● Tez harakatlanuvchi sahnalar uchun buzilishsiz suratga olish kerak bo‘lsa, global deklanşör aniq tanlovdir.
● Agar siz kam yorug‘lik ishlashi, dinamik diapazon va byudjetga ustunlik bersangiz, deklanşör ko‘pincha eng yaxshi natijalarni beradi.
Ushbu farqlarni tushunish sizga to'g'ri vositani tanlash imkonini beradi - ilmiy tasvir, sanoat monitoringi yoki ijodiy ishlab chiqarish uchun.
Tez-tez so'raladigan savollar
Aerofotosurat yoki dron xaritalash uchun qaysi panjur turi yaxshiroq?
Geometrik aniqlik muhim bo'lgan xaritalash, o'lchash va tekshirish uchun buzilishning oldini olish uchun global panja afzallik beriladi. Biroq, ijodiy havo videosi uchun, agar harakatlar boshqarilsa, aylanma panjur hali ham ajoyib natijalarni berishi mumkin.
Deklanşör tanlash kam yorug'likdagi tasvirga qanday ta'sir qiladi?
Rolling panjurlar odatda kam yorug'lik ishlashida afzalliklarga ega, chunki ularning pikselli dizaynlari yorug'lik yig'ish samaradorligini birinchi o'ringa qo'yishi mumkin. Global panjurlar sezgirlikni biroz pasaytiradigan murakkab sxemalarni talab qilishi mumkin, ammo zamonaviy dizaynlar bu bo'shliqni yopmoqda.
Deklanşör turi ailmiy kamera?
Zarrachalarni kuzatish, hujayra dinamikasi yoki ballistika kabi yuqori tezlikdagi ilmiy tasvirlashda harakat buzilishining oldini olish uchun global yopilish ko'pincha zarur. Ammo kam nurli floresan mikroskop uchun ansCMOS kamerasezgirlik va dinamik diapazonni maksimal darajada oshirish uchun aylanma panjur bilan tanlanishi mumkin.
Qaysi biri sanoat tekshiruvi uchun yaxshiroq?
Ko'pgina sanoat tekshiruvlarida, ayniqsa harakatlanuvchi konveyer lentalari, robototexnika yoki mashinani ko'rish bilan bog'liq bo'lgan ishlarda - global panjur harakatdan kelib chiqadigan geometrik xatolarsiz aniq o'lchovlarni ta'minlash uchun xavfsizroq tanlovdir.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Barcha huquqlar himoyalangan. Iqtibos keltirayotganda manbani ko'rsating:www.tucsen.com
