Русский
Сочетание HDR и глобальной затворной системы в камерах: будущее высокоскоростной и высокодинамичной съемки
Создано 2025.12.01
В быстро развивающемся мире технологий изображения две функции стали революционными для профессиональных и промышленных приложений: широкий динамический диапазон (HDR) и глобальный затвор. Хотя каждая технология предоставляет свои уникальные преимущества, их интеграция в современныхмодули камерыреволюционирует способ, которым мы захватываем быстро движущиеся сцены в сложных условиях освещения. От интеллектуальных транспортных систем (ITS), отслеживающих движущиеся автомобили, до промышленных роботов, ориентирующихся в динамичных средах, синергия HDR и глобального затвора решает давние проблемы изображения и открывает новые возможности.
Техническая перетасовка: почему сочетание HDR и глобального затвора имеет значение
Чтобы понять значимость этой интеграции, нам сначала нужно рассмотреть ограничения традиционных решений для съемки. Датчики с роллинг-шаттером, являющиеся отраслевым стандартом на протяжении десятилетий, захватывают изображения построчно, что приводит к искажению движения (часто называемому "эффектом желе") при съемке быстро движущихся объектов. Технология глобального шаттера устраняет эту проблему, экспонируя все пиксели одновременно, что обеспечивает четкие, без искажений захваты даже при высоких частотах кадров. Однако глобальный шаттер исторически испытывал трудности с динамическим диапазоном — критически важным для сцен с экстремальными световыми контрастами, такими как солнечная автомагистраль на закате или производственный цех с ярким верхним освещением и затененными углами.
HDR, с другой стороны, превосходно справляется с балансировкой светлых и темных областей, комбинируя несколько экспозиций. Однако традиционные реализации HDR полагаются на последовательные захваты, которые не работают, когда объекты находятся в движении. Это создало технический парадокс: выбрать глобальный затвор для скорости и точности или HDR для детализированной съемки — но никогда не то и другое. Недавние достижения в дизайне сенсоров наконец преодолели этот разрыв, позволяя камерам обеспечивать лучшее из обоих миров.
Преодоление барьера: ключевые технологические инновации
Интеграция HDR и глобальной затворной технологии стала возможной благодаря трем основным инновациям в технологии сенсоров: архитектуре с двойным усилением, продвинутому дизайну пикселей и обработке данных в реальном времени. Давайте рассмотрим, как ведущие производители реализуют эти прорывы:
1. Двойной прирост HDR: Основы одновременной съемки
В центре современной интеграции HDR-Global Shutter лежит технология двойного усиления. Датчики, такие как SC935HGS и SC136HGS от SmartSens, используют технологии PixGain и ColGain HDR® для захвата двух различных уровней экспозиции в одном кадре. Это устраняет необходимость последовательной съемки, позволяя одновременному экспонированию пикселей Global Shutter работать в гармонии с улучшением динамического диапазона HDR. Например, в ярких условиях датчик использует низкий коэффициент преобразования, чтобы предотвратить переэкспозицию, в то время как в условиях низкой освещенности переключается на высокий коэффициент преобразования, чтобы уменьшить шум и сохранить детали в тенях.
Архитектура Pregius S™ от Sony идет дальше, комбинируя пиксели с задней подсветкой и многослойные структуры, достигая динамического диапазона 70 дБ даже в высокоскоростных промышленных сенсорах, таких как IMX927 (105 МП при 100 кадрах в секунду). Этот подход с двойным усилением гарантирует, что быстро движущиеся объекты — будь то мчащийся автомобиль или роботизированная рука — захватываются без искажений и с полными деталями как в ярких светлых участках, так и в темных тенях.
2. Оптимизация пикселей для светочувствительности и скорости
Датчики с глобальным затвором традиционно жертвовали размером пикселей для размещения ячеек памяти, что снижало светочувствительность. Современные разработки решают эту проблему с помощью инновационных структур пикселей:
• Технология обратного рассеяния (BST): Датчики ISOCELL Vizion от Samsung используют BST для увеличения квантовой эффективности (QE) за счет минимизации потерь света, достигая более четких изображений при слабом освещении, сохраняя при этом производительность глобального затвора.
• Большие размеры пикселей: Gpixel GMAX4416 оснащен пикселями размером 4,4 мкм — это необычно большие размеры для датчика с глобальным затвором — обеспечивая 71% квантового выхода при 530 нм и 73,9 дБ динамического диапазона в режиме HDR с двойным усилением. Это делает его идеальным для научных и промышленных приложений, где критически важны как скорость, так и производительность при низком освещении.
• Усиление ближнего инфракрасного диапазона: Технология Lightbox IR® от SmartSens увеличивает чувствительность в NIR спектре (до 33% при 850 нм), расширяя возможности HDR-Global Shutter для приложений ночного видения, таких как ITS и мониторинг безопасности.
3. Высокоскоростная обработка данных и тепловое управление
Интеграция HDR и глобальной затворной технологии генерирует огромные объемы данных, требуя продвинутой обработки и теплового контроля. Серия IMX927 от Sony справляется с этим с помощью скорости передачи данных 100 Гбит/с, что позволяет выполнять обработку HDR в реальном времени для автоматизированной оптической инспекции (AOI) в производстве полупроводников. Датчики SmartSens решают проблемы тепла с помощью оптимизации при высоких температурах — их SC935HGS снижает затемнение на 83% при 80°C, устраняя искажения с пурпурными краями, распространенные в условиях высоких температур ITS.
Реальные приложения: Где HDR-Глобальный затвор сияет
Сочетание HDR и глобальной затворной технологии трансформирует три ключевые отрасли, принося ощутимые преимущества как производителям, так и конечным пользователям:
1. Интеллектуальные транспортные системы (ИТС)
Камеры ITS сталкиваются с конечной задачей: захватом быстро движущихся транспортных средств (до 120 км/ч) при переменном освещении (рассвет, закат, ночь). Датчики SmartSens SC935HGS (9 МП) и SC635HGS (6 МП) обеспечивают захват с частотой 65 кадров в секунду с режимами Zone HDR и ColGain HDR®, гарантируя, что номерные знаки читаемы даже когда автомобили движутся через яркий солнечный свет и темные подземные переходы. Улучшенная на 9 раз эффективность затвора датчиков (PLS>98000) устраняет размытие движения на белых автомобилях и отражающих номерных знаках — ранее это была основная проблема для систем управления движением.
2. Промышленная автоматизация и робототехника
AGVs (Автоматизированные управляемые транспортные средства) и промышленные камеры требуют точной и быстрой съемки для навигации и инспекции продуктов. SmartSens’s SC136HGS (1.3MP) использует большой размер целевого объекта 1/2.7" и глобальный затвор для захвата широкоугольных, без искажений изображений препятствий, в то время как его режимы HDR справляются с жестким освещением заводских полов (яркие потолочные светодиоды, затененные углы). Sony’s IMX947 (26MP) поднимает это на следующий уровень с захватом 100fps, позволяя 3D AOI системам обнаруживать дефекты масштаба 1μm в движущихся полупроводниковых пластинах.
3. Профессиональная фотография и кинематография
Камера Sony Alpha 9 III, оснащенная сенсором с глобальным затвором и поддержкой HDR, переопределила спортивную и экшн-фотографию. Она захватывает 120 кадров в секунду с 14-битным RAW HDR, устраняя эффект желе и позволяя синхронизацию вспышки на 1/80,000 с — идеально для замораживания быстро движущихся объектов, таких как спортсмены или летающие птицы в сложных условиях освещения. Продолжающаяся разработка Canon двойной памяти в пикселях HDR дополнительно обещает полностью устранить механические затворы, уменьшая размер камеры и улучшая производительность HDR-глобального затвора для кино-приложений.
Рыночные тенденции и будущее 전망
Спрос на технологию HDR, как ожидается, вырастет с 21,7 миллиарда в 2024 году до 99,8 миллиарда к 2032 году, что в значительной степени обусловлено автоматизацией промышленности и инициативами умных городов. В рамках этой тенденции интеграция HDR-Global Shutter становится важным дифференциатором:
• Снижение затрат: По мере увеличения масштабов производства (например, планы массового производства SmartSens на второй квартал 2025 года для SC935HGS/SC635HGS) ожидается, что 30-50% надбавка к цене для датчиков с глобальной затвором сократится, что сделает модули HDR-Global Shutter доступными для среднеценовых приложений.
• Более высокие разрешения: 105-мегапиксельный IMX927 от Sony и 4K GMAX4416 от Gpixel демонстрируют, что HDR-Global Shutter больше не ограничивается датчиками низкого разрешения — мы ожидаем модели с разрешением более 200 МП к 2027 году.
• Интеграция ИИ: Будущие модули будут сочетать HDR-Глобальный затвор с обработкой ИИ на датчике, что позволит оптимизировать сцену в реальном времени (например, автоматический выбор режима HDR для камер ITS) и снизить задержку для критически важных приложений, таких как автономные транспортные средства.
Заключение: Новый стандарт в изображении
Сочетание HDR и глобального затвора в камерах модулей — это не просто техническое обновление, это смена парадигмы. Решая давний конфликт между скоростью, точностью и динамическим диапазоном, эта интеграция позволяет реализовывать приложения, которые ранее были невозможны: от систем ITS, работающих круглосуточно и никогда не пропускающих номерные знаки, до промышленных роботов, которые четко видят при любом освещении. Поскольку такие производители, как SmartSens, Sony и Samsung продолжают внедрять инновации, HDR-глобальный затвор станет новым стандартом для профессиональной и промышленной визуализации, повышая эффективность, безопасность и креативность в различных отраслях.
Для инженеров и дизайнеров продуктов сообщение ясно: будущее камерных модулей заключается в синергии, а не в компромиссе. Выбирая сенсоры, которые интегрируют HDR и глобальную затвор, вы не просто создаете лучшие камеры — вы создаете более умные, надежные системы, которые прекрасно работают в самых требовательных условиях.
Контакт
Оставьте свои контактные данные, и мы свяжемся с вами.
WhatsApp
WeChat