O que é obturador GRR? Quais são os problemas comuns e soluções?

Em aplicações como escaneamento retiniano, câmeras com obturador rolante são usadas para capturar imagens com atrasos de exposição baixos a fim de maximizar a aproximação ao olho humano. Neste caso, a câmera precisa expor o olho ou a retina inteira em um único obturador para evitar artefatos de obturador rolante. Então, como podemos alcançar isso, considerando que as câmeras com obturador rolante expõem cada quadro linha por linha?
 
É isso que precisamos saber neste post. Algumas câmeras com obturador rolante são equipadas com um recurso de Liberação de Reinicialização Global (GRR) que resolve este problema de forma eficaz. Vamos dar uma olhada mais de perto abaixo.

Tipos Comuns de Obturador

Anteriormente, examinamos dois tipos comuns de obturador de câmera: obturador global e obturador rolante. Para mais sobre a diferença , veja este artigo.
 
o que é um obturador global? A tecnologia de obturador global permite que todos os pixels do sensor da câmera sejam expostos ao mesmo tempo, sendo especialmente eficaz para capturar objetos em movimento rápido ou filmar enquanto a câmera está se movendo, pois reduz o desfoque de movimento e a distorção de imagem. No entanto, geralmente é mais caro.
 
O que é obturador rolante? A tecnologia de obturador rolante, por outro lado, expõe os pixels um a um, o que também pode levar ao que é conhecido como o 'efeito de obturador rolante', resultando em distorção de imagem ao capturar objetos em movimento rápido. No entanto, câmeras com obturador rolante são preferidas em muitas aplicações devido à sua eficiência custo-benefício e características de baixo ruído.
 
Portanto, para resolver os problemas associados ao obturador global e ao obturador rolante, mantendo as vantagens de ambos, foi criado o Obturador de Liberação de Redefinição Global (GRR).

 
O que é o modo GRR?

O que é um reset global? O Obturador de Reset Global (GRR) é uma variante dos obturadores Global e Rolling que combina as características de ambos os obturadores e foi projetado para reduzir ou eliminar o efeito do obturador rolling enquanto mantém custos eficientes e baixos níveis de ruído. O obturador GRR imita o comportamento do obturador global durante a fase de exposição, onde todos os pixels começam a se expor ao mesmo tempo, mas se parece com o obturador rolling durante a fase de leitura, onde os dados dos pixels são lidos linha por linha.
 
Este mecanismo de operação único torna o obturador GRR particularmente adequado para cenários de aplicação onde objetos em movimento rápido precisam ser capturados enquanto se mantém o controle de custos. Exemplos incluem inspeção de visão industrial, navegação robótica e aplicações de imagens de alta velocidade. O obturador GRR fornece imagens mais nítidas do que os obturadores rolling tradicionais, evitando distorções de imagem causadas pela exposição linha por linha.

 
Como funciona o modo GRR?

O fluxo de trabalho do modo Global Reset Release Shutter (GRR) envolve três etapas principais: a etapa de redefinição, a etapa de integração e a etapa de leitura.
 
Durante a fase de redefinição, todas as linhas de pixels no modo GRR são redefinidas ao mesmo tempo, garantindo uma exposição consistente. Isso reduz o desfoque de movimento e a distorção da imagem ao capturar objetos em movimento rápido.

 
Na etapa de Integração, todas as linhas de pixels começam a ser expostas simultaneamente, capturando a luz na cena. Nesta etapa, o modo GRR é semelhante ao obturador global, fornecendo à câmera a capacidade de capturar uma cena dinâmica sem ser afetada pelo efeito do obturador rolante. A fase de leitura, no entanto, retorna às características de um obturador rolante, onde as linhas de pixels são lidas linha por linha, o que pode levar a uma iluminação irregular, especialmente entre o topo e a parte inferior da imagem.
 
Para controlar eficazmente o modo GRR, uma iluminação consistente pode ser fornecida durante a fase de integração por meio do uso de um flash ou uma fonte de luz externa, garantindo assim que todas as linhas de pixels sejam expostas pelo mesmo período de tempo. Esse controle pode ser realizado através de pinos GPIO ou comunicações I2C, acionando a sequência GRR e sincronizando a iluminação. Por exemplo, câmeras Basler fornecem o parâmetro ReadoutTimeAbs para ajudar o usuário a determinar o tempo de leitura do sensor, enquanto módulo de câmera Sinoseen fornece suporte personalizado para o modo GRR.

 
Problemas que podem ser encontrados ao usar o modo GRR e suas soluções

Embora o modo Obturador de Reinício Global (GRR) ofereça vantagens significativas em termos de minimização do efeito de obturador rolante, existem algumas desvantagens, especialmente em relação à uniformidade de brilho da imagem e ao controle de exposição. Para superar esses problemas, as seguintes técnicas e estratégias podem ser empregadas  

Uso de um obturador mecânico externo

Como as linhas de pixels no modo GRR são lidas com tempos de exposição diferentes, isso resulta em um brilho desigual da imagem, especialmente entre a parte superior e inferior da imagem. Para resolver esse problema, pode-se usar uma obturadora mecânica externa, que se fecha ao final da fase de integração, impedindo que o sensor seja exposto à luz ambiente durante a leitura das linhas iniciais. Este método garante que o sensor não seja exposto a luz adicional durante o processo de leitura, mantendo assim um brilho de imagem consistente.

 
Supressão de Luz Ambiente

Ao usar o flash durante a exposição e garantir que ele seja desligado imediatamente após a conclusão da exposição, é possível simular o efeito de um obturador global e reduzir o brilho desigual causado por diferenças nos tempos de exposição entre as linhas. Este método requer controle preciso do ligar e desligar do flash para corresponder ao tempo de exposição do modo GRR.
 
Além disso, a consistência de exposição pode ser melhorada ainda mais usando tecnologia de flash sincronizado de alta velocidade. Essa técnica permite que os pulsos de flash sejam sincronizados com o tempo de exposição da câmera, garantindo que todas as linhas de pixels sejam expostas pelo mesmo período de tempo, reduzindo assim as diferenças de brilho na imagem.

 
Ajuste de Software

O brilho irregular devido ao modo GRR também pode ser compensado em certa medida por ajustes de software. Analisando os dados da imagem, variações de brilho podem ser identificadas e corrigidas para melhorar a qualidade geral da imagem.

 
Como proceder para escolher o tipo certo de obturador?

Primeiro, considere as características de movimento da aplicação. Se sua aplicação envolve objetos ou câmeras em movimento de alta velocidade, um obturador global pode ser a melhor escolha, pois expõe todos os pixels simultaneamente, evitando eficazmente diferença entre desfoque de movimento e distorção de imagem . Se sua aplicação for sensível ao custo e o desfoque de movimento não for uma preocupação principal, o obturador rolling shutter pode ser uma opção custo-benefício.
 
Para aplicações onde custo e qualidade da imagem precisam ser equilibrados, o obturador GRR oferece uma solução intermediária. O obturador GRR imita o comportamento de um obturador global durante a exposição, reduzindo o efeito do rolling shutter enquanto mantém algumas das vantagens do rolling shutter. Isso torna o obturador GRR adequado para inspeção de visão industrial, navegação robótica e aplicações de imagens de alta velocidade, especialmente em cenários onde o controle preciso da iluminação é necessário para minimizar artefatos de imagem.
 
Além disso, outros fatores do sistema, como taxa de quadros, sensibilidade do sensor, condições de iluminação e capacidades de pós-processamento devem ser considerados. Tome uma decisão abrangente.
 
Em conclusão, espero que este artigo tenha ajudado você a entender o Obturador de Liberação de Redefinição Global. Se você tiver qualquer necessidade de um módulo de câmera com obturador de redefinição global personalizado, não hesite em nos contatar, a Sinoseen tem muitos anos de experiência no setor e uma ampla gama de produtos, temos certeza de que podemos fornecer a solução mais adequada de módulo de câmera para você .

Perguntas Frequentes

P: Como o tipo de obturador afeta a qualidade da imagem?

R: Os obturadores globais fornecem imagens sem distorção, os obturadores rolantes podem causar distorção na imagem, e os obturadores GRR minimizam a distorção enquanto permanecem economicamente viáveis.
 
P: Como um obturador GRR reduz o efeito do obturador rolante?

R: O obturador GRR reduz a distorção de imagem devido à exposição linha por linha controlando precisamente a iluminação, pois todos os pixels são expostos ao mesmo tempo e a leitura é feita linha por linha.