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

In Anwendungen wie dem Retina-Scanning werden Rolling-Shutter-Kameras verwendet, um Bilder mit geringen Belichtungsverzögerungen aufzunehmen, um die Annäherung an das menschliche Auge zu maximieren. In diesem Fall muss sich die Kamera in einem einzigen Verschluss dem gesamten Auge oder der Netzhaut aussetzen, um Rolling-Shutter-Artefakte zu vermeiden. Wie gehen wir also vor, wenn man bedenkt, dass Rolling-Shutter-Kameras jedes Bild Zeile für Zeile belichten?
 
Das müssen wir in diesem Beitrag wissen. 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.

Gängige Verschlusstypen

Zuvor haben wir uns zwei gängige Arten von Kameraverschlüssen angesehen: Global Shutter und Rolling Shutter. FürMehr zum Unterschied, siehe diesen Artikel.
 
Was ist ein Global Shutter? Die Global-Shutter-Technologie ermöglicht es, alle Pixel auf dem Sensor einer Kamera gleichzeitig zu belichten, und ist besonders effektiv bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten oder bei Aufnahmen in Bewegung, da sie Bewegungsunschärfe und Bildverzerrungen reduziert. Allerdings ist es in der Regel teurer.
 
Was ist Rolling Shutter? Die Rolling-Shutter-Technologie hingegen legt Pixel nacheinander frei, was auch zum sogenannten "Rolling-Shutter-Effekt" führen kann, der bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten zu Bildverzerrungen führen kann. Dennoch werden Rolling-Shutter-Kameras aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und ihres geringen Rauschens in vielen Anwendungen bevorzugt.
 
Um die Probleme im Zusammenhang mit Global Open und Rolling Shutter zu lösen und gleichzeitig die Vorteile beider zu erhalten, wurde der Global Reset Release Shutter (GRR) entwickelt.

 
Was ist der GRR-Modus?

Was ist ein globaler Reset? Der Global Reset Release Shutter (GRR) ist eine Variante des Global und Rolling Shutters, die die Eigenschaften des Global und des Rolling Shutters kombiniert und darauf ausgelegt ist, den Rolling-Shutter-Effekt zu reduzieren oder zu eliminieren und gleichzeitig einen kostengünstigen und niedrigen Geräuschpegel zu erzielen. Der GRR-Shutter ahmt das Verhalten des Global Shutter während der Belichtungsphase nach, bei der alle Pixel gleichzeitig belichtet werden, ähnelt aber dem Rolling Shutter während der Lesephase, in der die Pixeldaten Zeile für Zeile ausgelesen werden.
 
Durch diesen einzigartigen Bedienmechanismus eignet sich der GRR-Shutter besonders für Anwendungsszenarien, in denen sich schnell bewegende Objekte erfasst und gleichzeitig die Kosten unter Kontrolle gehalten werden müssen. Beispiele hierfür sind industrielle Bildverarbeitungsprüfung, Roboternavigation und Hochgeschwindigkeits-Bildgebungsanwendungen. Der GRR-Verschluss liefert schärfere Bilder als herkömmliche Rolling-Shutter und vermeidet gleichzeitig Bildverzerrungen, die durch zeilenweise Belichtung verursacht werden.

 
Wie funktioniert der GRR-Modus?

Der Arbeitsablauf des GRR-Modus (Global Reset Release Shutter) umfasst drei Hauptphasen: die Reset-Phase, die Integrationsphase und die Auslesephase.
 
Während der Reset-Phase werden alle Pixelreihen im GRR-Modus gleichzeitig zurückgesetzt, um eine konsistente Belichtung zu gewährleisten. Dies reduziert Bewegungsunschärfe und Bildverzerrungen bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten.

 
In der Integrationsphase werden alle Pixelzeilen gleichzeitig belichtet, wodurch das Licht in der Szene eingefangen wird. In dieser Phase ähnelt der GRR-Modus dem Global Shutter und bietet der Kamera die Möglichkeit, eine dynamische Szene aufzunehmen, ohne vom Rolling-Shutter-Effekt beeinflusst zu werden. Die Auslesephase kehrt jedoch zu den Eigenschaften eines Rolling-Shutters zurück, bei dem Pixelreihen Zeile für Zeile ausgelesen werden, was zu einer ungleichmäßigen Helligkeit, insbesondere zwischen dem oberen und unteren Bildrand, führen kann.
 
Um den GRR-Modus effektiv zu steuern, kann während der Integrationsphase durch den Einsatz eines Blitzes oder einer externen Lichtquelle eine gleichmäßige Ausleuchtung gewährleistet werden, wodurch sichergestellt wird, dass alle Pixelzeilen für die gleiche Zeit belichtet werden. Diese Steuerung kann über GPIO-Pins oder I2C-Kommunikation erfolgen, wodurch die GRR-Sequenz ausgelöst und die Beleuchtung synchronisiert wird. Basler Kameras stellen beispielsweise den Parameter ReadoutTimeAbs zur Verfügung, um dem Benutzer zu helfen, die Auslesezeit des Sensors zu bestimmen, währendSinoseen KameramodulBieten Sie benutzerdefinierte Unterstützung für den GRR-Modus.

 
Probleme, die im GRR-Modus auftreten können, und deren Lösungen

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

Verwendung eines externen mechanischen Verschlusses

Da die Pixelreihen im GRR-Modus mit unterschiedlichen Belichtungszeiten gelesen werden, führt dies zu einer ungleichmäßigen Helligkeit des Bildes, insbesondere zwischen dem oberen und unteren Bildrand. Um dieses Problem zu lösen, kann ein externer mechanischer Verschluss verwendet werden, der sich am Ende der Integrationsphase schließt und so eine weitere Belichtung des Sensors durch Umgebungslicht während des Auslesens der Anfangsreihen verhindert. Diese Methode stellt sicher, dass der Sensor während des Lesevorgangs keinem zusätzlichen Licht ausgesetzt wird, wodurch eine gleichbleibende Bildhelligkeit erhalten bleibt.

 
Unterdrückung des Umgebungslichts

Indem der Blitz während der Belichtung verwendet wird und sichergestellt wird, dass er sofort nach Beendigung der Belichtung ausgeschaltet wird, ist es möglich, den Effekt eines Global Shutter nachzuahmen und ungleichmäßige Helligkeit aufgrund unterschiedlicher Belichtungszeiten zwischen den Reihen zu reduzieren. Diese Methode erfordert eine präzise Steuerung des Ein- und Ausschaltens des Blitzes, um der Belichtungszeit des GRR-Modus zu entsprechen.
 
Darüber hinaus kann die Belichtungskonsistenz durch den Einsatz von synchronisierter Hochgeschwindigkeitsblitztechnologie weiter verbessert werden. Mit dieser Technik können die Blitzimpulse mit der Belichtungszeit der Kamera synchronisiert werden, wodurch sichergestellt wird, dass alle Pixelreihen gleich lange belichtet werden, wodurch Helligkeitsunterschiede im Bild reduziert werden.

 
Software-Anpassung

Auch eine ungleichmäßige Helligkeit durch den GRR-Modus kann durch eine Softwareanpassung einigermaßen kompensiert werden. Durch die Analyse der Bilddaten können Helligkeitsschwankungen identifiziert und korrigiert werden, um die Gesamtqualität des Bildes zu verbessern.

 
Wie wähle ich den richtigen Verschlusstyp aus?

Betrachten Sie zunächst die Bewegungseigenschaften der Anwendung. Wenn Ihre Anwendung sich mit sich bewegenden Objekten oder Kameras mit hoher Geschwindigkeit umfasst, ist ein Global Shutter möglicherweise die beste Wahl, da er alle Pixel gleichzeitig belichtet und so effektiv vermeidet.Unterschied zwischen Bewegungsunschärfe und Bildverzerrung. Wenn Ihre Anwendung kostensensibel ist und Bewegungsunschärfe kein großes Problem darstellt, kann Rolling Shutter eine kostengünstige Option sein.
 
Für Anwendungen, bei denen Kosten und Bildqualität in Einklang gebracht werden müssen, bietet der GRR-Shutter einen Kompromiss. Der GRR-Shutter ahmt das Verhalten eines Global Shutter während der Belichtung nach, wodurch der Rolling-Shutter-Effekt reduziert wird, während einige der Vorteile eines Rolling-Shutters erhalten bleiben. Dadurch eignet sich der GRR-Shutter für industrielle Bildverarbeitungsprüfungen, Roboternavigation und Hochgeschwindigkeits-Bildgebungsanwendungen, insbesondere in Szenarien, in denen eine präzise Steuerung der Beleuchtung erforderlich ist, um Bildartefakte zu minimieren.
 
Darüber hinaus sollten andere Faktoren des Systems wie Bildrate, Sensorempfindlichkeit, Beleuchtungsbedingungen und Nachbearbeitungsmöglichkeiten berücksichtigt werden. Treffen Sie eine umfassende Entscheidung.
 
Abschließend hoffe ich, dass dieser Artikel Ihnen geholfen hat, den Global Reset Release Shutter zu verstehen. Wenn Sie einen Bedarf an einem kundenspezifischen Kameramodul mit globalem Reset-Auslöser haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren, Sinoseen verfügt über langjährige Erfahrung in der Branche und eine breite Palette von Produkten, wir sind sicher, dass wir könnenIhnen die am besten geeignete Kameramodullösung zu bieten.

Häufig gestellte Fragen

F: Wie wirkt sich der Verschlusstyp auf die Bildqualität aus?

A: Global Shutters liefern verzerrungsfreie Bilder, Rolling Shutters können Bildverzerrungen verursachen und GRR-Shutter minimieren Verzerrungen bei gleichzeitiger Kosteneffizienz.
 
F: Wie reduziert ein GRR-Shutter den Rolling-Shutter-Effekt?

A: Der GRR-Shutter reduziert Bildverzerrungen durch zeilenweise Belichtung, indem er die Beleuchtung präzise steuert, da alle Pixel gleichzeitig belichtet werden und das Auslesen zeilenweise erfolgt.