优点

新一代卷帘快门CMOS相机(如采用索尼STARVIS传感器的堡盟CX系列相机)具有高灵敏度和低噪音等出众特性,非常适合工业领域的应用。此外,由于抓拍速度快,卷帘快门CMOS相机越来越多地用于以前只有带全局快门传感器的相机才能胜任的应用领域。 

与全局快门相机相比的优势:
应用举例:

功能性

卷帘快门和全局快门曝光方式的对比

卷帘快门和全局快门是CMOS图像传感器中使用的两种全电子快门。它们通过控制曝光时间来控制进光量(即光子量),光子在相机传感器内部的像素点中转化为电子,电子经量化后输出为数字值。
其中,全局快门传感器是将整个图像区域同时曝光,从而“瞬间”生成图像,而卷帘快门传感器则采用逐行曝光(相邻行曝光存在一定的时间间隔),并以此为基础输出图像。 

卷帘快门效应

如果物体的移动速度快于传感器的曝光和读出时间,图像可能会因逐行曝光而发生畸变——这就是所谓的卷帘快门效应。 

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左图受卷帘快门效应影响发生了畸变,而右图则无该效应

搭载索尼STARVIS卷帘快门传感器的现代高速CMOS相机,帧率高达100fps,可大幅降低该效应,因此应用领域更加广泛。

避免卷帘快门效应

有的卷帘快门传感器具有特殊的工作模式,即所谓全局复位快门。在这种模式下,所有像素都像全局快门一样同时曝光,而读出过程则是逐行进行,相邻行读出存在一定的时间间隔。这样,传感器每一行的曝光时长都不一样,使采集的图像呈现渐变的亮度。同时,因卷帘快门效应产生的潜在畸变仍然可见,使得图像分析变得更加复杂。
然而,将全局复位快门操作模式与闪光灯和环境光阴影相结合,就可以避免卷帘快门效应。如果曝光以闪光灯为主,并抑制其他环境光,那么所有像素的进光量都相同。由于环境光被抑制,因此对随后的逐行读出和各行的不同曝光时长不再起任何作用。如果相机以快门运动方向与物体运动方向一致的方式定位,则可进一步降低卷帘快门效应引起的几何畸变。

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曝光方式对比

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使用闪光灯时曝光方式的对比
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使用持续光源时曝光方式的对比

应用举例

如需检测静止、缓慢移动或因图像采集而停止移动的物体,采用卷帘快门CMOS传感器的相机堪称理想之选,而且应用领域非常广泛。


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