Что такое затвор GRR? Каковы распространенные проблемы и пути их решения?

В таких приложениях, как сканирование сетчатки глаза, камеры со скользящим затвором используются для захвата изображений с низкой задержкой экспозиции, чтобы максимально приблизить человеческий глаз. В этом случае камера должна обнажить весь глаз или сетчатку глаза в одном затворе, чтобы избежать артефактов скользящего затвора. Итак, как мы можем этого достичь, учитывая, что камеры со скользящим затвором экспонируют каждый кадр построчно?
 
Вот что нам нужно знать в этом посте. Некоторые камеры со скользящим затвором оснащены функцией Global Reset Release (GRR), которая прекрасно решает эту проблему. Давайте рассмотрим это подробнее.

Распространенные типы затворов

Ранее мы рассмотрели два распространенных типа затвора камеры: глобальный затвор и скользящий затвор. ДляПодробнее о разнице, см. эту статью.
 
Что такое глобальный затвор? Технология глобального затвора позволяет экспонировать все пиксели на сенсоре камеры одновременно и особенно эффективна для съемки быстро движущихся объектов или съемки во время движения камеры, поскольку она уменьшает размытие движения и искажение изображения. Однако, как правило, это более затратно.
 
Что такое скользящий затвор? Технология скользящего затвора, с другой стороны, экспонирует пиксели один за другим, что также может привести к так называемому «эффекту скользящего затвора», который может привести к искажению изображения при съемке быстро движущихся объектов. Тем не менее, камеры со скользящим затвором предпочитают во многих приложениях из-за их экономичности и низких шумовых характеристик.
 
Таким образом, для того, чтобы решить проблемы, связанные с глобальным открытым и скользящим затвором, сохраняя при этом преимущества обоих, был создан глобальный сброс спускового затвора (GRR).

 
Что такое режим GRR?

Что такое глобальная перезагрузка? Затвор с глобальным сбросом (GRR) — это вариант затвора Global и Rolling Shutters, который сочетает в себе функции как Global, так и Rolling Shutters и предназначен для уменьшения или устранения эффекта роллинг-шаттера при сохранении экономичности и низкого уровня шума. Затвор GRR имитирует поведение глобального затвора на этапе экспозиции, когда все пиксели начинают экспонироваться одновременно, но напоминает скользящий затвор на этапе считывания, когда данные о пикселях считываются построчно.
 
Этот уникальный рабочий механизм делает затвор GRR особенно подходящим для сценариев применения, где необходимо захватывать быстро движущиеся объекты под контролем затрат. В качестве примера можно привести промышленный визуальный контроль, роботизированную навигацию и приложения для высокоскоростной обработки изображений. Затвор GRR обеспечивает более четкое изображение по сравнению с традиционными роллинг-шаттерами, избегая при этом искажения изображения, вызванного построчной экспозицией.

 
Как работает режим GRR?

Рабочий процесс в режиме глобального сброса спускового затвора (GRR) включает в себя три основных этапа: этап сброса, этап интеграции и этап считывания.
 
Во время фазы сброса все ряды пикселей в режиме GRR сбрасываются одновременно, что обеспечивает стабильную экспозицию. Это уменьшает размытие движения и искажения изображения при съемке быстро движущихся объектов.

 
На этапе интеграции все ряды пикселей начинают экспонироваться одновременно, захватывая свет в сцене. На этом этапе режим GRR аналогичен глобальному затвору, предоставляя камере возможность запечатлеть динамичную сцену, не подвергаясь воздействию эффекта скользящего затвора. Однако на этапе считывания возвращаются к характеристикам скользящего затвора, где ряды пикселей считываются построчно, что может привести к неравномерной яркости, особенно между верхней и нижней частями изображения.
 
Для эффективного управления режимом GRR можно обеспечить равномерное освещение на этапе интеграции с помощью вспышки или внешнего источника света, тем самым гарантируя, что все ряды пикселей будут экспонироваться в течение одинакового периода времени. Это управление может быть достигнуто с помощью контактов GPIO или связи I2C, запуская последовательность GRR и синхронизируя подсветку. Например, камеры Basler оснащены параметром ReadoutTimeAbs, который помогает пользователю определить время считывания показаний сенсора, в то время какМодуль камеры Sinoseenобеспечить поддержку настраиваемого режима GRR.

 
Проблемы, с которыми можно столкнуться при использовании режима GRR и их решения

Несмотря на то, что режим Global Reset Release Shutter (GRR) предлагает значительные преимущества с точки зрения минимизации эффекта скользящего затвора, у него есть некоторые недостатки, особенно с точки зрения равномерности яркости изображения и управления экспозицией. Чтобы преодолеть эти проблемы, можно использовать следующие методы и стратегии 

Использование внешнего механического затвора

Поскольку ряды пикселей в режиме GRR считываются с разным временем экспозиции, это приводит к неравномерной яркости изображения, особенно между верхней и нижней частями изображения. Для решения этой проблемы может быть использован внешний механический затвор, который закрывается в конце фазы интеграции, предотвращая дальнейшее облучение сенсора окружающим светом во время чтения начальных рядов. Этот метод гарантирует, что датчик не подвергается дополнительному воздействию света в процессе чтения, тем самым поддерживая постоянную яркость изображения.

 
Подавление окружающего света

Используя вспышку во время экспозиции и гарантируя, что она будет выключена сразу после завершения экспозиции, можно имитировать эффект глобального затвора и уменьшить неравномерную яркость из-за разницы во времени экспозиции между рядами. Этот метод требует точного управления включением и выключением вспышки в соответствии со временем экспозиции в режиме GRR.
 
Кроме того, стабильность экспозиции может быть дополнительно улучшена за счет использования технологии высокоскоростной синхронизированной вспышки. Этот метод позволяет синхронизировать импульсы вспышки со временем экспозиции камеры, гарантируя, что все ряды пикселей экспонируются в течение одинакового периода времени, тем самым уменьшая разницу в яркости изображения.

 
Настройка программного обеспечения

Неравномерная яркость из-за режима GRR также может быть в некоторой степени компенсирована программной настройкой. Анализируя данные изображения, можно выявить изменения яркости и скорректировать их для улучшения общего качества изображения.

 
Как выбрать правильный тип затвора?

Во-первых, рассмотрим характеристики движения приложения. Если в вашем приложении используются высокоскоростные движущиеся объекты или камеры, глобальный затвор может быть лучшим выбором, поскольку он экспонирует все пиксели одновременно, эффективно избегаяРазница между размытием в движении и искажением изображения. Если ваше приложение чувствительно к стоимости и размытие при движении не является серьезной проблемой, скользящий затвор может быть экономичным вариантом.
 
Для областей применения, где необходимо сбалансировать стоимость и качество изображения, затвор GRR предлагает компромисс. затвор GRR имитирует поведение глобального затвора во время экспозиции, уменьшая эффект скользящего затвора и сохраняя некоторые преимущества скользящего затвора. Это делает затвор GRR подходящим для промышленного визуального контроля, роботизированной навигации и высокоскоростной обработки изображений, особенно в сценариях, где требуется точное управление освещением для минимизации артефактов изображения.
 
Кроме того, следует учитывать и другие факторы системы, такие как частота кадров, чувствительность сенсора, условия освещенности и возможности постобработки. Примите комплексное решение.
 
В заключение, я надеюсь, что эта статья помогла вам разобраться в Global Reset Release Shutter. Если у вас есть какие-либо потребности в индивидуальном модуле камеры с глобальным сбросом затвора, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам, Sinoseen имеет многолетний опыт работы в отрасли и широкий ассортимент продукции, мы уверены, что сможемМы предоставим вам наиболее подходящее решение для модуля камеры.

Часто задаваемые вопросы

В: Как тип затвора влияет на качество изображения?

О: Глобальные затворы обеспечивают изображение без искажений, скользящие затворы могут привести к искажению изображения, а затворы GRR минимизируют искажения, оставаясь при этом экономически эффективными.
 
В: Как затвор GRR уменьшает эффект скользящего затвора?

О: Затвор GRR уменьшает искажения изображения из-за построчной экспозиции за счет точного управления освещением, поскольку все пиксели экспонируются одновременно, а считывание выполняется построчно.