Понимание глобального затвора и скользящего затвора в модулях камер

В мире фотографии и изображения выбор между глобальным затвором и скользящим затвором в модули камерыможет значительно повлиять на качество захваченных изображений, особенно в определенных сценариях. Давайте углубимся в детали этих двух типов затворов, чтобы понять их различия, преимущества и применения.

Глобальный затвор захватывает весь кадр изображения одновременно. Все пиксели на сенсоре подвергаются воздействию света в точно такой же момент. Это похоже на то, чтобы сделать настоящий "снимок" сцены. Как только экспозиция завершена, данные со всех пикселей считываются. Этот метод гарантирует, что нет временной разницы между захватом различных частей изображения. CCD (заряженный связанный элемент) камеры обычно используют глобальные затворы, и некоторые современные CMOS (комплементарные металлооксидные полупроводники) сенсоры также используют эту технологию.

В отличие от этого, сканирующий затвор захватывает изображение построчно. Начиная с верхней части сенсора, каждая строка пикселей подвергается воздействию света, а затем считывается последовательно. К тому времени, когда нижние строки подвергаются воздействию и считываются, прошло небольшое количество времени с момента захвата верхних строк. Эта разница во времени может привести к различным артефактам при работе с быстро движущимися объектами или резкими движениями камеры. Большинство цифровых камер потребительского класса, включая смартфоны и многие зеркальные камеры, используют сканирующие затворы из-за их простоты и экономической эффективности.

Одно из самых заметных различий между глобальными и скользящими затворами - это их производительность при съемке быстро движущихся объектов. Скользящий затвор может вызывать искажения, часто называемые "эффектом желе". Например, если вы снимаете быстро вращающийся вентилятор с помощью камеры со скользящим затвором, лопасти могут выглядеть изогнутыми или искаженными на изображении. Это происходит потому, что разные части вентилятора захватываются в немного разные моменты времени, пока затвор сканирует сенсор. С другой стороны, камера с глобальным затвором точно захватит лопасти вентилятора без каких-либо искажений, так как все части изображения захватываются одновременно.

Глобальные затворы, как правило, лучше минимизируют размытие движения в быстро движущихся сценах. Поскольку все пиксели экспонируются одновременно, нет кумулятивного эффекта движения объекта в процессе экспозиции. Роликовые затворы, из-за своей последовательной экспозиции, могут вводить размытие движения, если объект значительно перемещается между экспозицией верхних и нижних строк сенсора. Однако в сценах с медленно движущимися объектами или статичными сценами разница в размытии движения между двумя типами затворов незначительна.

В высокоскоростных приложениях, таких как промышленная инспекция, спортивная фотография и автономное вождение, глобальные затворы обеспечивают превосходное качество изображения. Они могут захватывать четкие и точные изображения быстро движущихся деталей или спортсменов, позволяя проводить точный анализ. Например, в промышленной среде, где система машинного зрения должна проверять качество быстро движущихся продуктов на конвейерной ленте, камера с глобальным затвором обеспечит четкие и без искажений изображения, гарантируя, что ни один дефект не будет упущен. Камеры с роликовым затвором могут испытывать трудности в таких сценариях, производя изображения с артефактами, которые могут привести к неправильным инспекциям.

Модули камер с роликовым затвором, как правило, более экономичны в производстве. Их более простая конструкция, с последовательной экспозицией и считыванием пикселей, требует меньше компонентов и менее сложной схемотехники по сравнению с модулями с глобальным затвором. Модули камер с глобальным затвором, с другой стороны, более дорогие из-за необходимости дополнительного оборудования для обеспечения одновременной экспозиции пикселей и более сложной архитектуры сенсоров. Этот фактор стоимости часто играет значительную роль в выборе между двумя типами затворов, особенно в массовых потребительских продуктах.

В заключение, понимание различий между глобальными и скользящими затворами камер является важным для правильного выбора в зависимости от ваших конкретных потребностей в изображении. Если вы имеете дело с высокоскоростным движением, точной инспекцией или приложениями, где критически важны изображения без искажений, то глобальный затвор камеры — это правильный выбор. Однако для общего потребительского использования, чувствительных к стоимости приложений или сценариев с медленно движущимися объектами, модуль камеры со скользящим затвором может предоставить удовлетворительные результаты по более доступной цене. Поскольку технологии продолжают развиваться, мы можем увидеть дальнейшие улучшения в обоих типах затворов, размывая границы между их производительностью и приложениями.