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全局快门和卷帘式快门

全局快门和卷帘式快门
全局快门和卷帘式快门

电子快门的方式——全局快门和卷帘式快门

常见的电子快门的方式有Global shutter(全局快门)和rolling shutter(卷帘式快门)两种,全局快门是通过整幅图片在同一时间曝光实现的。传感器的所有像素点同时收集光线,同时曝光。当预设的曝光时间到了,传感器停止收集光线,并将曝光图像转成电子图像。在这个过程中,并没有实际意义上的快门存在。在曝光开始的时候,传感器开始收集光线;在曝光结束的时候,光线收集电路被切断,传感器读出值即为一副图片。

卷帘式快门与全局快门不同,它是通过控制芯片逐行曝光的方式实现的。卷帘式快门也没有实际意义上的快门,而是通过通断电控制传感器,使其不同部分在不同时间下对光的敏感度不同。逐行进行曝光,直至所有像素点都被曝光。当然,所有的动作在很短的时间内完成,一般情况为1/48至1/60秒。需要注意的是,卷帘式快门采用的是逐行曝光的方式。假如物体或摄像头在拍摄期间处于快速运动状态,拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任一种情况。

卷帘式快门是逐行顺序曝光,所以不适合运动物体的拍摄。当采用全局快门方式曝光时,所有像素在同一时刻曝光,类似于将运动物体冻结了,所以适合拍摄快速运动的物体。但是全局快门可能出现像糊现象。像糊现象出现与否取决于曝光时间的长短。假如曝光时间过长,且物体运动过快则会出现像糊;假如曝光时间很短,类似于运动物体在瞬间被冻结了,则少有像糊。两者对比如下图:

卷帘快门与全局快门的区别

卷帘快门与全局快门的区别 图解:卷帘快门(Rolling shutter)与全局快门(global shutter)的区别 什么是shutter? 快门是照相机用来控制感光片有效曝光时间的机构。是照相机的一个重要组成部分,它的结构、形式及功能是衡量照相机档次的一个重要因素。一般而言快门的时间范围越大越好。秒数低适合拍运动中的物体,某款相机就强调快门最快能到1/16000秒,可轻松抓住急速移动的目标。不过当你要拍的是夜晚的车水马龙,快门时间就要拉长,常见照片中丝绢般的水流效果也要用慢速快门才能拍出来。 Global shutter 曝光时间更短,但会增加RMS 读出噪点; 对于相机厂家,Rolling shutter可以达到更高的帧速,但当曝光不当或物体移动较快时,会出现部分曝光(partial exposure)、斜坡图形(skew)、晃动(wobble) 等现象。 曝光时间短的应用(如<500μs)适合Global shutter,曝光时间长(如大于500μs)时,选择rolling shutter 可以有更低的噪声和帧速。 什么是global shutter? 通过整幅场景在同一时间曝光实现的。Sensor所有像素点同时收集光线,同时曝光。即在曝光开始的时候,Sensor开始收集光线;在曝光结束的时候,光线收集电路被切断。然后Sensor值读出即为一幅照片。CCD 就是Global shutter工作方式。所有像元同时曝光。

什么是rolling shutter? 与Global shutter不同,它是通过Sensor逐行曝光的方式实现的。在曝光开始的时候,Sensor逐行扫描逐行进行曝光,直至所有像素点都被曝光。当然,所有的动作在极短的时间内完成。不同行像元的曝光时间不同。

选购工业高速摄像机需要考虑哪些

高速摄像机帧数高,用于拍摄高速运动的物体的运动轨迹,捕捉现实生活中人类肉眼无法看清的瞬间动态过程。由于高速摄像机帧数高,所拍摄的画面独具魅力,因而被广泛地应用于科研、军事及工业领域。 而“工业摄像机”的“工业”,指的是用途,是一种适用于智能交通、治安卡口、高清电子警察系统、工业检测、半导体检测、印制板检测、食品饮料检测等众多领域应用的高分辨率彩色数字摄像机。它具传输速度快,色彩还原性好,成像清晰等特点。不但能够方便拍摄显微图像,而且能够测量拍摄物体的长度、角度、面积等系列参数,还可打印图文报告。高分辨率工业数字摄像机安装使用操作也很简单,通过USB2.0接口,不需要额外的采集设备,即插即用,即可获得实时的无压缩数码图象,是目前各种现代化工业检测的利器。 而,在选购工业高速摄像机时,需要考虑哪些呢? 工业高速摄像机广泛应用于工业。如:制造业的生产线故障排查、汽车安全性能测试、体育运动动作分析等等。那么当我们选购一台工业高速摄像机时,需要考虑哪些性能参数呢?

(1)帧速率:指每秒钟拍摄所获得的图像幅数(fps)。帧速率是高速分析中必须考虑的一个重要参数。捕捉动态视频时,帧速率愈高愈好。 (2)分辨率:指工业高速摄像机一次采集图像的像素点数。一般是直接与图像传感器的像素总数对应的,用水平和垂直方向总像素数表示。 我们代理的英国iX Cameras高速摄像机分辨率达到2,048x1,536。 (3)像素大小:像素大小和分辨率共同决定了相机靶面的大小,都是以um为计量单位。一般像素尺寸越小,制造难度越大,图像质量也越不容易提高;反之像素尺寸越大,图像质量越好。iX Cameras 高速摄像机具有8um,13.5um,14um等多种像素尺寸大小。 (4)像素深度:指存储每个像素所用的位数。像素深度决定了彩色图像的每个像素可能有的颜色数,或者灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。常用的是8bit,10bit,12bit等。 (5)全局电子快门:全局快门保持垂直线或物体通过画面水平移动。快门速度一般可到1~10us或更快。 (6)内存大小:内存越大,可以连续高速采集的时间就越长。iX Cameras 高速摄像机内存高达288GB,采集时间长达648秒。 看完以上总结的六点,大多数问题都能迎刃而解了。工业高速摄像机中各项参数是互相关联、互相制约的。所以我们要根据实际情况,寻求一个合理可行的方案,以求工业高速摄像机各项运用达到最佳。

全局快门与卷帘式快门

2011-04-10 20:41全局快门与卷帘式快门幽灵古堡 幽灵古堡 全局快门与卷帘式快门 需要知道CMOS 传感器的工作方式并不是像很多人想象的那样通过一个信号线就可以控制曝光的开始和结束。传感器的感光二极管不停的在捕获入射光子并转换成电子存储在电荷井中,控制部分可以将其读出和清零,但不能停止曝光。那么电子快门是怎么实现的呢? 1.电子卷帘快门(electronic rolling shutter)。 目前大多数CMOS 传感器采用这种快门。对任一像素,在曝光开始时现将其清零,然后等待曝光时间过后,将信号值读出。因为数据的读出是串行的,所以清零/曝光/读出也只能逐行顺序进行,通常是从上至下,和机械的焦平面快门非常像。 和机械式焦平面快门一样,对高速运动的物体会产生明显的变形。而且因为其扫描速度比机械式焦平面快门慢,变形会更加明显。例如如果数据的读出速度是每秒20帧,那么图像顶部和底部的曝光先后差异将多达50毫秒。 为了弥补这个缺陷,通常数码相机中通常配合机械快门,曝光开始时整个图像传感器清零(目前的绝大多数传感器都具备快速清零功能,可以在几个时钟周期内完成整个传感器的清零),然后机械快门打开,曝光结束后机械快门关闭,数据顺序读出。 2)全局快门(global shutter/snapshot shutter)。 最主要的区别是在每个像素处增加了采样保持单元,在指定时间达到后对数据进行采样然后顺序读出,这样虽然后读出的像素仍然在进行曝光,但存储在采样保持单元中的数据却并未改变。 这种机构的主要缺点在于增加了每个像素的元件数目,使得填充系数降低,所以很难设计出高像素数的传感器,另外采样保持单元还引入了新的噪音源。目前只有Micron 和Cypress 生产具有全局快门的CMOS 传感器,主要用于机器视觉和超高速摄影,目前最高分辨率为4M 。 从上面可以看出,如果电子卷帘快门的移动速度如果能达到机械式焦平面快门的水平,就可以解除对机械快门的依赖。也就是必须提高数据的读出速度。这个速度的主要瓶颈在于电荷从列放大器转移到公用数据线所需时间,具体来说就是通过一个运放给一个电容充电的过程,要提高其速度只能通过提高运放速度或降低电容值。前者会增加功耗和噪音,而后者则和传感器的行数成正比,所以像素数目越多则读出速度会越慢。短时间内,电子卷帘快门速度还达不到机械式焦平面快门的水平。Global ShutterWith Global/Synchronous Shutter, all rows in the ROI are reset then exposed simultaneously for a specified tim e. At the end of the exposure/integration time, each pixel value is transferred immediately to an adjacent storage area to aw ait read-out. The pixel values are then read out row-by-row from storage, building the frame. This use of intermediate stora ge reduces the gradual overexposure that can occur down the image when the rows are read out directly from the active a rea.Because all rows are exposed simultaneously, Global Shutter avoids jagged or blurred affect produced by Rolling Shutter for fact action images. However, because it stops exposure to perform read-out, it does not provide the fastest possible seq uence of frames. Progressive scan CCD 逐行扫描CCD 在曝光之前整个图像重置,将任何在光电二极管中的残余电荷清除;然后光电二极管在曝光时间中积累电荷;在曝光时间结束后,所有的电荷同时传送到传感器的光屏蔽区域。然后电荷从传感器的光屏蔽区域转移并读出。在这种模式下曝光控制不需要机械快门 Interline mode 隔行模式?????一些CCD 只能在隔行模式下读出。在这种模式下,电子快门在曝光前将所有光电二极管重置,和逐行扫描模式一样。但是在曝光结束时,并不是所有电荷能同时从光电二极管中传送出;图像的奇数行与偶数行电荷必须在不同的时间内转移;所以图像不能正确的结束曝光-奇行和偶行将有不同的曝光时间;这种情况下需要继续快门来正确的结束曝光;一旦机械快门关闭,图像的奇数场和偶数场可以在不增加任何额外的曝光下时间下读出。这就是大多数消费类相机的操作方法。 CMOS Rolling shuttercmos 图像的卷帘式快门工作原理类似电影摄像机的焦平面快门。一般的,图像传感器中像素行按照次序重置,从最上面开始然后一行行进行直到最下方;当这个重置电路已经往图像下方移动了一些距离,读出开始:像素行按次序读出,从最上面开始然后准确的以同样的方式和像重置进程一样同样的速度一行行进行直到最下方。从一行开始重置到一行开始读出的时间就是曝光时间;通过变化在当重置扫过一行和当这一行的读出发生之间的时间数目,可以控制曝光时间;在卷帘式快门中,曝光时间能够变化,从单线(重置之后,下一行读)直到全帧时间(在顶部读出开始之前,重置达到图像底部)或者更多。 首页我的主页相册广场消息 关注此空间

高速升格拍摄必须懂的基础知识

高速升格拍摄必须懂的基础知识 现在来了解一下高速升格拍摄(高帧率)下的全局快门、 滚动快门、快门角度和曝光的基础知识: 1.机械快门在胶片摄影机中,快门是一个机械旋转镜。每次曝光它会旋转360度,它在特定的时间量里,交替的覆盖、打开胶片门。快门的RPM是机械固定的并由帧速率决定, 且曝光时间由快门角度来确定。2.全局快门全局快门不同于滚动快门,一个完整的曝光结束时,光一次性被完全阻止,接着数据被读取并为下一个曝光做重置。 全局快门保持垂直线或物体通过画面水平移动。然而,运动的感觉是明显不同的。根据全局快门的实现方式,和滚动快门相比,光和可能的动态范围只会消耗一点。3.滚动快门许多数字摄像机的电子快门设有滚动快门,在重置准备下一个画面曝光之前,其中的数据从传感器顶部到底部逐列被读出。滚动快门表现为一个明显歪斜并会成为垂直线的图像中,如果有摄影机或拍摄对象跨过帧快速移动。如果传感器读出速度特别慢且画面中有快动作,会产生不需要的动态叠影使整个图像变形。大多数的滚动快门速度非常快,最大限度地减少了潜在的问题。RED和Arri很多摄影机都有滚动快门,这比全局快门的更赋电影感。 即使是高帧率摄影机,如Phantom数字电影摄影机采用滚

动快门,但读出时间只有1毫秒。 4.快门角度 快门角度是指旋转机械快门的实际开口物理角度。开口的角度决定了曝光的快门转动的持续时间。机械快门的大部分都没有在数字电影摄影机中。 快门角度能控制动态模糊。曝光时间越长,动态模糊越多,曝光时间越短,运动物体会表现的更清晰。曝光时间(1/ X 秒)=帧速率×(360/快门角度)。例如,180度快门,24fps 帧率(180度是标准的):180度:24×(360/180)= 1 /48 秒下面是24fps帧率下,快门角度高达220度的计算: 15 degrees = 1/576 sec20 degrees = 1/432 sec40 degrees = 1/216 sec60 degrees = 1/144 sec80 degrees = 1/108 sec100 degrees = 1/86 sec120 degrees = 1/72 sec140 degrees = 1/62 sec160 degrees = 1/54 sec180 degrees = 1/48 sec200 degrees = 1/43 sec220 degrees = 1/39 sec快门角度的变化影响着曝光时间,并且需要光圈的变化来补偿,以维持正确的曝光。当然,光圈的变化会影响景深。因此,如果景深需要保持不变,唯一能做的就是添加ND滤镜(如果减少光来补偿曝光时间),或增加场景的实际光照(如果 给较短的曝光时间做补偿)。 如果以180度为基准(正常)的角度为'全面曝光',那么下 面的补偿表则是合适的:

DIC介绍

数字图像相关法(DIC)是一种非接触式的高精度位移、用于全场形状、变形、运动测量的方法,也是现代光测量力学领域内最有应用前景的测量方法。其应用研究方向,正朝着从常规材料到新型材料的测量,从弹性问题测量到强塑性问题的测量,从常温到高温的测量,从宏观测量到微观测量的趋势发展。DIC方法在上世纪80年代初被提出,经过30多年众多学者的研究,技术上已经非常成熟。这种方法又被称为数字散斑相关法,它直接处理的对象是具有一定灰度分布的数字图像(散斑图),通过对比材料或者结构表面在变形前后的散斑图运用相关算法得到全场位移和应变。该方法对实验环境要求极为宽松,并且具有全场测量、抗干扰能力强、测量精度高等优点。 其基本测量原理如下图: Seika公司(中文名:西华数码影像公司)作为一家专业从事智能影像分析系统设计的高科技公司,在DIC系统的研发设计上已有多年经验,并被全球众多的科研单位及院校所认可(中国独家代理商:武汉中创联达科技有限公司)。我们可以为您提供运用数字图像关联法开发的应变解析软件系统。通过比较分析样本变形前后的图像,可以对变形和弯曲的量、方向、分布等进行解析。通过使用本系统,能够以非接触的方式获取物体变形弯曲的数据并将其分布可视化。对于高速测量、微米单位测量等特殊环境下的测量需要,我们可以在包括软件、相机、照明、专用光学仪器等各个方面提供综合性的解决方案。

产品特点: ●能够测量坐标,位移,速度,应变,形状和变形 ●能够显示矢量图,轮廓图 ●支持的图像格式:FIFF 等 ●易于使用的直观界面 ●进程树结构 ●丰富的后处理功能 ●支持各种高速相机和高分辨率相机 ●系统支持日/英双语 ●对应各种情况(离线/在线分析,3D 分析等) 应用:

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