Was ist ein GRR-Shutter? Welche sind die häufigen Probleme und Lösungen?

In Anwendungen wie Netzhautscanning werden Kameras mit Rolling-Shutter-Technologie verwendet, um Bilder mit geringen Belichtungsverzögerungen aufzunehmen, um die Annäherung an das menschliche Auge zu maximieren. In diesem Fall muss die Kamera sich der gesamten Augenpartie oder der Netzhaut in einem einzigen Verschlusszyklus aussetzen, um Rolling-Shutter-Artefakte zu vermeiden. Wie erreichen wir dies, wenn Rolling-Shutter-Kameras jedes Bild zeileweise belichten?
 
Das ist es, was wir in diesem Beitrag herausfinden müssen. Einige Rolling-Shutter-Kameras sind mit einer Global Reset Release (GRR)-Funktion ausgestattet, die dieses Problem gut löst. Schauen wir uns das im Folgenden genauer an.

Häufige Verschlussarten

Früher haben wir zwei häufige Kameraverschlussarten betrachtet: Global Shutter und Rolling Shutter. Für mehr über den Unterschied , siehe diesen Artikel.
 
Was ist ein Global Shutter? Die Global Shutter-Technologie ermöglicht es, alle Pixel auf dem Sensor einer Kamera gleichzeitig auszulösen und ist besonders effektiv bei der Aufnahme von schnell bewegten Objekten oder beim Filmen, während die Kamera sich bewegt, da sie Bewegungsunschärfe und Bildverzerrungen reduziert. Sie ist jedoch in der Regel teurer.
 
Was ist Rolling Shutter? Die Rolling Shutter-Technologie löst dagegen die Pixel nacheinander aus, was auch zu dem sogenannten „Rolling Shutter-Effekt“ führen kann, der zu Bildverzerrungen bei der Aufnahme von schnell bewegten Objekten führen kann. Trotzdem werden Rolling Shutter-Kameras in vielen Anwendungen wegen ihrer Kosteneffizienz und geringen Rauscharme bevorzugt.
 
Um daher die mit Global Shutter und Rolling Shutter verbundenen Probleme zu lösen, gleichzeitig aber die Vorteile beider Technologien zu bewahren, wurde der Global Reset Release Shutter (GRR) entwickelt.

 
Was ist GRR-Modus?

Was ist ein Global Reset? Der Global Reset Release Shutter (GRR) ist eine Variante der Global und Rolling Shutters, die die Eigenschaften beider kombiniert und darauf abzielt, den Rolling-Shutter-Effekt zu reduzieren oder vollständig zu eliminieren, während gleichzeitig kostengünstige und geräuscharme Lösungen gewahrt bleiben. Der GRR-Shutter imitiert das Verhalten des Global Shutters während der Belichtungsphase, bei der alle Pixel gleichzeitig beginnen, sich zu belichten, ähnelt jedoch dem Rolling Shutter während der Lesephase, in der die Pixel-Daten zeilenweise ausgelesen werden.
 
Dieser einzigartige Betriebsmechanismus macht den GRR-Shutter besonders geeignet für Anwendungsszenarien, in denen schnell bewegte Objekte erfasst werden müssen, während die Kosten unter Kontrolle gehalten werden. Beispiele hierfür sind industrielle Bildverarbeitungsprüfungen, Roboter-Navigation und Hochgeschwindigkeitsbildgebung. Der GRR-Shutter bietet schärfere Bilder als herkömmliche Rolling Shutters, während er Verzerrungen vermeidet, die durch die zeilenweise Belichtung entstehen können.

 
Wie funktioniert der GRR-Modus?

Der Arbeitsablauf des Global Reset Release Shutter (GRR)-Modus umfasst drei Hauptphasen: die Reset-Phase, die Integrationsphase und die Auslesephase.
 
Während der Reset-Phase werden alle Pixelzeilen im GRR-Modus gleichzeitig zurückgesetzt, was eine konsistente Belichtung gewährleistet. Dies reduziert Bewegungsunschärfe und Bildverzerrungen bei der Erfassung schnell bewegter Objekte.

 
In der Integrationsphase beginnen alle Pixelzeilen gleichzeitig, das Licht in der Szene aufzunehmen. In dieser Phase ähnelt der GRR-Modus dem globalen Shutter und ermöglicht es der Kamera, eine dynamische Szene ohne Einfluss des Rolling-Shutter-Effekts zu erfassen. Die Auslesephase kehrt jedoch zu den Charakteristiken eines Rolling Shutters zurück, bei dem die Pixelzeilen zeilenweise ausgelesen werden, was zu ungleichmäßiger Helligkeit, insbesondere zwischen oben und unten im Bild, führen kann.
 
Um den GRR-Modus effektiv zu steuern, kann während der Integrationsphase durch die Verwendung eines Blitzes oder einer externen Lichtquelle eine konsistente Beleuchtung bereitgestellt werden, wodurch sichergestellt wird, dass alle Pixelzeilen für dieselbe Zeitspanne belichtet werden. Diese Steuerung kann über GPIO-Pins oder I2C-Kommunikation erfolgen, indem die GRR-Sequenz ausgelöst und die Beleuchtung synchronisiert wird. Zum Beispiel bieten Basler-Kameras den Parameter ReadoutTimeAbs, um dem Benutzer bei der Bestimmung der Sensor-Auslesezeit zu helfen, während Sinoseen-Kameramodul individuellen GRR-Modus-Unterstützung bietet.

 
Probleme, die beim Einsatz des GRR-Modus auftreten können und deren Lösungen

Obwohl der Global Reset Release Shutter (GRR)-Modus erhebliche Vorteile hinsichtlich der Minimierung des Rolling-Shutter-Effekts bietet, gibt es einige Nachteile, insbesondere in Bezug auf die Bildhelligkeitsuniformität und die Belichtungssteuerung. Um diese Probleme zu überwinden, können die folgenden Techniken und Strategien eingesetzt werden  

Verwendung eines externen mechanischen Shutters

Da die Pixelzeilen im GRR-Modus mit unterschiedlichen Belichtungszeiten gelesen werden, führt dies zu einer ungleichmäßigen Helligkeit des Bildes, insbesondere zwischen dem oberen und unteren Bildbereich. Um dieses Problem zu lösen, kann ein externer mechanischer Verschluss verwendet werden, der am Ende der Integrationsphase schließt und eine weitere Belichtung des Sensors durch Umgebungslicht während des Lesens der ersten Zeilen verhindert. Diese Methode stellt sicher, dass der Sensor während des Leseprozesses kein zusätzliches Licht aufnimmt und damit eine konsistente Bildhelligkeit gewährleistet.

 
Umgebungslichtunterdrückung

Durch die Verwendung des Blitzes während der Belichtungszeit und die Sicherstellung, dass er sofort nach Abschluss der Belichtung ausgeschaltet wird, kann der Effekt eines globalen Verschlusses nachgeahmt und eine ungleichmäßige Helligkeit aufgrund von Unterschieden in den Zeilenbelichtungszeiten reduziert werden. Diese Methode erfordert eine präzise Steuerung des Blitzes zum Ein- und Ausschalten, um der Belichtungszeit des GRR-Modus zu entsprechen.
 
Darüber hinaus kann die Belichtungskonsistenz durch die Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Blitzsynchronisationstechnologie weiter verbessert werden. Diese Technik ermöglicht es, die Blitzimpulse mit der Belichtungszeit der Kamera zu synchronisieren, um sicherzustellen, dass alle Pixelzeilen für dieselbe Zeit belichtet werden, was Helligkeitsunterschiede im Bild reduziert.

 
Softwareanpassung

Ungleiche Helligkeit aufgrund des GRR-Modus kann auch zum Teil durch Softwareanpassung kompensiert werden. Durch die Analyse der Bilddaten können Helligkeitsunterschiede identifiziert und korrigiert werden, um die Gesamtqualität des Bildes zu verbessern.

 
Wie gehe ich vor bei der Auswahl des richtigen Typs von Verschluss?

Zuerst sollten Sie die Bewegungsmerkmale der Anwendung berücksichtigen. Wenn Ihre Anwendung hochgeschwindige bewegte Objekte oder Kameras umfasst, ist ein Global-Shutter möglicherweise die beste Wahl, da er alle Pixel gleichzeitig belichtet und so wirksam vermeidet Unterschied zwischen Bewegungsunschärfe und Bildverzerrung . Wenn Ihre Anwendung kostenempfindlich ist und Bewegungsunschärfe kein großes Problem darstellt, kann ein Rolling-Shutter eine kosteneffektive Option sein.
 
Für Anwendungen, in denen Kosten und Bildqualität ausbalanciert werden müssen, bietet der GRR-Shutter einen Kompromiss. Der GRR-Shutter imitiert das Verhalten eines Global Shutter während der Belichtung, wodurch der Rolling-Shutter-Effekt reduziert wird, während gleichzeitig einige Vorteile des Rolling Shutters erhalten bleiben. Dies macht den GRR-Shutter für industrielle Bildverarbeitungsanwendungen, Roboter-Navigation und Hochgeschwindigkeitsaufnahmen geeignet, insbesondere in Szenarien, in denen eine präzise Kontrolle der Beleuchtung erforderlich ist, um Bildartefakte zu minimieren.
 
Darüber hinaus sollten andere Systemfaktoren wie Bildrate, Sensorempfindlichkeit, Beleuchtungsbedingungen und Nachbearbeitungsfähigkeiten berücksichtigt werden. Tragen Sie eine umfassende Entscheidung.
 
Zusammenfassend hoffe ich, dass dieser Artikel Ihnen geholfen hat, das Global Reset Release Shutter zu verstehen. Wenn Sie Bedarf an einem maßgeschneiderten Global Reset Release Shutter Camera Modul haben, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Sinoseen hat viele Jahre Erfahrung in der Branche und ein breites Produktportfolio – wir sind sicher, dass wir Ihnen die passendste Kamera-Modul-Lösung bieten können .

Häufig gestellte Fragen

F: Wie beeinflusst der Shutter-Typ die Bildqualität?

A: Globale Shutters liefern verzeichnungsfreie Bilder, Rolling Shutters können zu Bildverzerrungen führen, und GRR Shutters minimieren Verzerrungen, während sie kostengünstig bleiben.
 
F: Wie reduziert ein GRR Shutter den Rolling-Shutter-Effekt?

A: Der GRR Shutter reduziert die durch zeilenweise Belichtung entstehende Bildverzerrung, indem er die Beleuchtung präzise steuert, da alle Pixel gleichzeitig belichtet werden und die Auslesung zeilenweise erfolgt.