Что такое скользящий затвор и глобальный затвор

Я уверен, что всем, кто интересуется фотоаппаратами, не привыкать к затворам. Затвор является основным компонентом камеры, который играет жизненно важную роль в определении качества и точности получаемого изображения, и он необходим как в механических, так и в электронных камерах.

А так как сенсоры камер разных форматов по-разному считывают сигналы пикселей, то распространенные типы затворов, которые мы видим, можно разделить на категории: глобальный затвор и роллинг-шаттер. Давайте подробнее рассмотрим преимущества и недостатки глобальных и роллинг-шаттеров.

СКОЛЬЗЯЩИЙ И ГЛОБАЛЬНЫЙ ЗАТВОР

Что такое глобальный затвор?

Глобальные затворы, часто используемые для захвата движущихся объектов, работают путем захвата изображения, экспонируя все пиксели на сенсоре одновременно и считывая все пиксели одновременно. Это означает, что изображения, снятые камерами с помощью этих датчиков, делаются в один момент времени, что обеспечивает четкость изображений без искажений. А поскольку глобальный затвор требует более сложных и дорогих конструкций сенсоров, глобальный затвор обычно используется на камерах CCD и EMCCD, а также в высокопроизводительных камерахКМОП-сенсорыкоторые могут работать с «полнокадровыми» устройствами визуализации.

Кроме того, хотя этот режим затвора не позволяет захватывать изображения без временной задержки, он относительно медленный для чтения, особенно на камерах CCD/EMCCD с одним аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Чем больше пикселей на сенсоре, тем медленнее частота кадров. Глобальный затвор также снижает скорость отклика камеры. Кроме того, глобальный затвор может привести к увеличению шума при считывании и увеличению рабочего цикла камеры.

Преимущества глобального затвора

• Отсутствие артефактов движения: Глобальные затворы устраняют такие артефакты движения, как перекос, раскачивание и «эффект желе», что приводит к более точным изображениям без искажений.
• Улучшенное качество изображения: Отсутствие артефактов движения и искажений приводит к более высокому качеству изображения, что делает глобальные затворы идеальными для профессиональной фото- и видеосъемки.
• Точный захват движения: Глобальные затворы хорошо подходят для съемки быстро движущихся объектов и сцен с быстрым движением, гарантируя, что отснятое изображение точно передает сцену.

Недостатки глобального затвора

• Более высокая стоимость: Глобальные затворы, как правило, дороже в производстве, что делает их менее распространенными в бытовой электронике и более распространенными в камерах и оборудовании профессионального уровня.
• Повышенное энергопотребление: Глобальные жалюзи обычно потребляют больше энергии по сравнению с рольставнями, что может быть недостатком для устройств с батарейным питанием.
• Более низкое разрешение и частота кадров: Глобальные затворы могут иметь более низкое разрешение и частоту кадров по сравнению со скользящими затворами, что ограничивает их использование в некоторых приложениях высокой четкости.

Что такое роллинг-шаттер?

В отличие от глобального затвора, скользящий затвор считывает сцену по горизонтали или вертикали, сканируя ее строка за строкой, по мере того как датчик экспонирует пиксели, а считанные данные «катятся» по рядам датчиков камеры, отсюда и название «скользящий затвор». Это также означает, что изображения, генерируемые скользящим затвором, не находятся в одной и той же единице времени, и в ней есть временная задержка, которая может привести к искажениям, артефактам и т. д. в результирующем изображении.

Как правило, быстрое панорамирование затвора приводит к искажению изображения. Верхняя и нижняя части изображения могут казаться наклоненными или растянутыми, в то время как центр остается прежним. Это происходит, когда объекты быстро перемещаются по кадру, из-за чего они кажутся растянутыми или искаженными.

Камеры со скользящим затвором обычно дешевле, чемКамеры с глобальным затворома также широко используются в датчиках CMOS (комплементарный металл-оксидный полупроводник), поскольку они экономичны и легко интегрируются в различные устройства.

Преимущества роллет-шаттера

• Рентабельный: Рольставни, как правило, дешевле в производстве, что делает их популярным выбором для бытовой электроники, такой как смартфоны и камеры начального уровня.
• Более низкое энергопотребление: Рольставни обычно потребляют меньше энергии по сравнению с глобальными жалюзи, что выгодно для устройств с батарейным питанием.
• Более высокое разрешение: Скользящие затворы позволяют достичь более высоких разрешений и частоты кадров, что делает их пригодными для записи видео высокой четкости.

Недостатки роллинг-шаттера

• Артефакты движения: Одним из основных недостатков роллинг-шаттеров является наличие артефактов движения, таких как перекос, раскачивание и «эффект желе», которые возникают при съемке быстро движущихся объектов или во время быстрых движений камеры.
• Искаженные изображения: Скользящий затвор может приводить к искажению изображения при съемке сцен с быстрым движением, что приводит к потере точности изображения.

Артефакты роллинг-шаттера

Ранее мы часто упоминали артефакты с закатными затворами. Когда камера снимает или когда мы перемещаем камеру во время получения изображения, она восприимчива к некоторым артефактам изображения, например, при использовании длительной выдержки или размытия движения.

В случае затвора могут быть введены дополнительные артефакты, если движение образца или камеры происходит в диапазоне, аналогичном времени кадра. Если время кадра КМОП составляет 20 миллисекунд и образец перемещается по кадру в течение этого времени, могут возникнуть «артефакты скользящего затвора». Однако расстояние, на которое перемещается образец, обычно невелико, например несколько пикселей, и это движение легко зафиксировано благодаря высокой скорости считывания каждой строки.

Понимание артефактов ролл-шаттера имеет решающее значение для фотографов и видеооператоров, которые хотят создавать высококачественные изображения и видео. Определив тип искажения и приняв соответствующие меры по его устранению, можно значительно улучшить визуальное качество вашей работы. Sinoseen предлагает широкий выбор модулей камер, так что для вас найдется один.

Роллинг-шаттер против глобального затвора: как выбрать?

Когда мы выбираем, идет ли речь о скользящем затворе или глобальном затворе, мы должны учитывать все аспекты вместе.

Требования к движению:

Если вам нужно запечатлеть быстро движущиеся объекты или камера будет двигаться быстро, лучше всего использовать глобальный затвор, чтобы избежать искажений. Для статичных сцен или замедленной съемки достаточно скользящего затвора, что сэкономит деньги.

Бюджет:

Если бюджетные ограничения значительны, рольставни предлагают более экономичное решение. Но для профессиональных приложений или приложений с высоким уровнем риска, где целостность изображения имеет решающее значение, глобальный затвор может иметь смысл.

Управление питанием:

Для аккумуляторного или портативного оборудования выбор роллер-шаттера имеет решающее значение для энергоэффективности. Глобальный затвор может лучше подходить для стационарных установок, где энергопотребление менее критично.

Области использования:

Для бытовой электроники, такой как смартфоны и спортивные камеры, рулонные жалюзи широко распространены из-за их стоимости и преимуществ в мощности. Для специализированных областей, таких как промышленный контроль, научные исследования и профессиональное видеопроизводство, часто требуются глобальные жалюзи, отвечающие высоким стандартам качества изображения.

Сводка

В двух словах, научные камеры, использующие электронные затворы, обычно используют либо глобальный затвор, который в основном используется в камерах CCD/EMCCD, либо формат сворачиваемого затвора, который используется в более современном формате CMOS-камеры. Выбор должен быть сделан исходя из конкретных требований каждого приложения. Датчики глобального затвора отлично подходят для приложений, требующих высококачественного захвата движения и изображения без искажений, в отличие от них, рулонные затворы могут обеспечить высокую скорость за счет дополнительных артефактов, которые для большинства приложений не мешают использованию. SInoseen всегда стремится предоставить своим клиентам наиболее подходящий модуль камеры.