Zrozumienie metody "rolling shutter" a migawki globalnej

Jestem pewien, że każdemu, kto interesuje się aparatami, migawki nie są obce. Migawka jest podstawowym elementem aparatu, który odgrywa istotną rolę w określaniu jakości i dokładności rejestrowanego obrazu i jest niezbędna zarówno w aparatach mechanicznych, jak i elektronicznych.

A ponieważ czujniki aparatów w różnych formatach odczytują sygnały pikseli na różne sposoby, popularne typy migawki, które widzimy, można podzielić na: migawkę globalną i migawkę typu rolling shutter. Przyjrzyjmy się bliżej zaletom i wadom rolet globalnych i rolet.

MIGAWKA ZWIJANA A MIGAWKA GLOBALNA

Co to jest globalna migawka?

Często używane do przechwytywania poruszających się obiektów, migawki globalne działają poprzez przechwytywanie obrazu poprzez naświetlanie wszystkich pikseli na matrycy w tym samym czasie i odczytywanie wszystkich pikseli jednocześnie. Oznacza to, że obrazy rejestrowane przez kamery korzystające z tych czujników są wykonywane w jednym momencie, co zapewnia wyraźne, niezniekształcone obrazy. A ponieważ migawka globalna wymaga bardziej złożonych i droższych konstrukcji czujników, migawka globalna jest zwykle używana w kamerach CCD i EMCCD oraz w aparatach high-endMatryce CMOS, które mogą działać w przypadku "pełnoklatkowych" urządzeń do przetwarzania obrazu.

Ponadto, chociaż ten tryb migawki nie rejestruje obrazów bez opóźnienia czasowego, odczyt jest stosunkowo powolny, zwłaszcza w kamerach CCD/EMCCD z tylko jednym przetwornikiem analogowo-cyfrowym (ADC). Im więcej pikseli na matrycy, tym wolniejsza liczba klatek na sekundę. Globalna migawka skraca również czas reakcji aparatu. Ponadto globalna migawka może spowodować zwiększony szum odczytu i dłuższy cykl pracy aparatu.

Zalety globalnej migawki

• Brak artefaktów ruchu: Globalne migawki eliminują artefakty ruchu, takie jak przekrzywienie, chybotanie i "efekt galaretki", co skutkuje dokładniejszymi i pozbawionymi zniekształceń obrazami.
• Poprawiona jakość obrazu: Brak artefaktów ruchu i zniekształceń prowadzi do wyższej jakości obrazu, dzięki czemu migawki globalne idealnie nadają się do profesjonalnej fotografii i filmowania.
• Dokładne przechwytywanie ruchu: Migawki globalne doskonale nadają się do fotografowania szybko poruszających się obiektów i scen z szybkim ruchem, dzięki czemu przechwycony obraz dokładnie odzwierciedla scenę.

Wady globalnej migawki

• Wyższy koszt: Migawki globalne są na ogół droższe w produkcji, co czyni je mniej powszechnymi w elektronice użytkowej i bardziej rozpowszechnionymi w profesjonalnych aparatach i sprzęcie.
• Wyższy pobór mocy: Rolety globalne zazwyczaj zużywają więcej energii w porównaniu z roletami, co może być wadą urządzeń zasilanych bateryjnie.
• Niższa rozdzielczość i liczba klatek na sekundę: Migawki globalne mogą mieć niższą rozdzielczość i liczbę klatek na sekundę w porównaniu z roletami, co ogranicza ich zastosowanie w niektórych aplikacjach o wysokiej rozdzielczości.

Co to jest Rolling Shutter?

W przeciwieństwie do migawki globalnej, rolling shutter odczytuje scenę w poziomie lub w pionie, skanując ją linia po linii, gdy czujnik odsłania piksele, a odczytywane dane "toczą się" wzdłuż rzędów matryc aparatu, stąd nazwa rolling shutter. Oznacza to również, że obrazy generowane przez migawkę typu rolling shutter nie są w tej samej jednostce czasu i występuje w niej opóźnienie czasowe, które może prowadzić do zniekształceń, artefaktów itp. w wynikowym obrazie.

Zazwyczaj szybkie przesuwanie migawki powoduje zniekształcenie obrazu. Górna i dolna część obrazu mogą wydawać się przechylone lub rozciągnięte, podczas gdy środek pozostaje taki sam. Dzieje się tak, gdy obiekty szybko poruszają się w kadrze, przez co wydają się rozciągnięte lub zniekształcone.

Aparaty z migawką typu rolling shutter są zwykle tańsze niżAparaty z globalną migawkąi są również szeroko stosowane w czujnikach CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), ponieważ są ekonomiczne i łatwe do zintegrowania z różnymi urządzeniami.

Zalety Rolling Shutter

• Opłacalne: Rolety są na ogół tańsze w produkcji, co czyni je popularnym wyborem dla elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony i aparaty klasy podstawowej.
• Niższe zużycie energii: Rolety zazwyczaj zużywają mniej energii w porównaniu z roletami globalnymi, co jest korzystne w przypadku urządzeń zasilanych bateryjnie.
• Wyższa rozdzielczość: Rolety mogą osiągać wyższe rozdzielczości i liczbę klatek na sekundę, dzięki czemu nadają się do nagrywania wideo w wysokiej rozdzielczości.

Wady Rolling Shutter

• Artefakty ruchu: Jedną z głównych wad rolet migawkowych jest obecność artefaktów ruchu, takich jak przekrzywienie, chybotanie i "efekt galaretki", które występują podczas fotografowania szybko poruszających się obiektów lub podczas gwałtownych ruchów aparatu.
• Zniekształcone obrazy: Migawki typu "rolling shutter" mogą powodować zniekształcenia obrazu podczas rejestrowania scen z szybkim ruchem, co prowadzi do utraty dokładności obrazu.

Artefakty migawki

Wcześniej często wspominaliśmy o artefaktach zwijanych rolet. Gdy aparat obrazuje lub gdy poruszamy aparatem podczas akwizycji obrazu, aparat jest podatny na niektóre artefakty obrazowania, na przykład podczas korzystania z długich czasów naświetlania lub rozmycia ruchu.

W przypadku migawki mogą zostać wprowadzone dodatkowe artefakty, jeśli próbka lub ruch kamery występuje w podobnym zakresie do czasu klatki. Jeśli czas wyświetlania klatki w pamięci CMOS wynosi 20 milisekund, a próbka porusza się w tym czasie po klatce, mogą wystąpić "artefakty rolling shutter". Jednak odległość, na jaką porusza się próbka, jest zwykle niewielka, na przykład kilka pikseli, a ruch ten można łatwo uchwycić ze względu na dużą prędkość odczytu każdej linii.

Zrozumienie artefaktów migawki rolkowej ma kluczowe znaczenie dla fotografów i kamerzystów, którzy chcą tworzyć wysokiej jakości obrazy i filmy. Identyfikując rodzaj zniekształcenia i wdrażając odpowiednie środki zaradcze, można znacznie poprawić jakość wizualną swojej pracy. Sinoseen oferuje szeroką gamę modułów kamer, więc znajdziesz jeden dla siebie.

Rolling shutter a migawka globalna: jak wybrać?

Kiedy wybieramy, czy jest to rolling shutter czy global shutter, musimy wziąć pod uwagę wszystkie aspekty razem.

Wymagania dotyczące ruchu:

Jeśli chcesz uchwycić szybko poruszające się obiekty lub aparat będzie się szybko poruszał, najlepiej użyć globalnej migawki, aby uniknąć zniekształceń. W przypadku scen statycznych lub zwolnionego tempa wystarczy migawka typu rolling shutter i pozwala zaoszczędzić pieniądze.

Budżet:

Jeśli ograniczenia budżetowe są znaczne, rolety stanowią bardziej opłacalne rozwiązanie. Jednak w przypadku zastosowań profesjonalnych lub wysokiego ryzyka, w których integralność obrazu ma kluczowe znaczenie, globalna migawka może mieć sens.

Zarządzanie energią:

W przypadku sprzętu zasilanego bateryjnie lub przenośnego wybór rolety ma kluczowe znaczenie dla wydajności energetycznej. Globalna migawka może lepiej nadawać się do stałych konfiguracji, w których zużycie energii jest mniej krytyczne.

Obszary zastosowania:

W przypadku elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony i kamery sportowe, zwijane migawki są powszechne ze względu na ich zalety kosztowe i energetyczne. W specjalistycznych obszarach, takich jak inspekcja przemysłowa, badania naukowe i profesjonalna produkcja wideo, migawki globalne są często wymagane, aby spełniać wysokie standardy jakości obrazu.

Streszczenie

Krótko mówiąc, kamery naukowe, które wykorzystują migawki elektroniczne, zazwyczaj używają migawki globalnej, która jest używana głównie przez kamery CCD/EMCCD, lub formatu migawki zwijanej, który jest używany przez bardziej nowoczesny format kamer CMOS. Wyboru należy dokonać w oparciu o specyficzne wymagania każdego zastosowania. Globalne czujniki migawki doskonale sprawdzają się w zastosowaniach, które wymagają wysokiej jakości przechwytywania ruchu i obrazowania bez zniekształceń, natomiast rolety mogą zapewniać duże prędkości kosztem dodatkowych artefaktów, które w większości zastosowań nie przeszkadzają w użytkowaniu. SInoseen zawsze stara się zapewnić swoim klientom najbardziej odpowiedni moduł kamery.