Что такое ставень GRR? Какие существуют распространенные проблемы и решения?

В приложениях, таких как сканирование сетчатки глаза, камеры с роликовым затвором используются для захвата изображений с низкими временными задержками экспозиции с целью максимального приближения к работе человеческого глаза. В этом случае камера должна обрабатывать весь глаз или сетчатку одновременно одним затвором, чтобы избежать артефактов роликового затвора. Так как же нам это удастся, если камеры с роликовым затвором обрабатывают каждую строку кадра по очереди?
 
Об этом мы поговорим в этом посте. Некоторые камеры с роликовым затвором оснащены функцией Глобального Сброса Затвора (GRR), которая отлично решает эту проблему. Давайте рассмотрим это подробнее ниже.

Распространенные типы затворов

Ранее мы рассматривали два распространенных типа затворов камер: глобальный затвор и роликовый затвор. Длябольше информации о различиях, прочтите эту статью.
 
Что такое глобальный затвор? Технология глобального затвора позволяет всем пикселям на сенсоре камеры быть экспонированными одновременно и особенно эффективна для съемки быстродвигающихся объектов или съемки во время движения камеры, так как она уменьшает размытие от движения и искажение изображения. Однако она обычно более дорогая.
 
Что такое построчный затвор? Технология построчного затвора, с другой стороны, экспонирует пиксели по одному, что также может привести к так называемому «эффекту построчного затвора», который может вызвать искажение изображения при съемке быстродвигающихся объектов. Тем не менее, камеры с построчным затвором ценятся во многих приложениях благодаря своей экономичности и низкому уровню шума.
 
Таким образом, для решения проблем, связанных с глобальным и построчным затвором, сохраняя преимущества обоих, была создана технология Глобального Сброса Затвора (GRR).

 
Что такое режим GRR?

Что такое глобальный сброс? Глобальный Сброс При Съемке (GRR) — это вариант Глобального и Роллинг Шаттера, который объединяет особенности обоих типов затворов и предназначен для уменьшения или устранения эффекта роллинг шаттера, сохраняя при этом доступную стоимость и низкий уровень шума. Затвор GRR имитирует поведение глобального затвора на этапе экспонирования, когда все пиксели начинают экспонироваться одновременно, но похож на роллинг шаттер на этапе считывания, когда данные пикселей считываются построчно.
 
Этот уникальный механизм работы делает затвор GRR особенно подходящим для сценариев применения, где необходимо захватывать быстро движущиеся объекты, контролируя при этом затраты. Примеры включают промышленный визуальный контроль, навигацию роботов и высокоскоростные приложения съемки. Затвор GRR обеспечивает более четкие изображения, чем традиционные роллинг шаттеры, избегая искажений изображения, вызванных построчным экспонированием.

 
Как работает режим GRR?

Процесс работы в режиме Global Reset Release Shutter (GRR) включает три основных этапа: этап сброса, этап интеграции и этап считывания.
 
Во время фазы сброса все строки пикселей в режиме GRR сбрасываются одновременно, обеспечивая равномерную экспозицию. Это уменьшает размытие движения и искажение изображения при съемке быстродвижущихся объектов.

 
На этапе интеграции все строки пикселей начинают экспонироваться одновременно, захватывая свет в сцене. На этом этапе режим GRR похож на глобальный затвор, предоставляя камере возможность запечатлеть динамическую сцену без влияния эффекта скользящего затвора. Однако этап считывания возвращается к характеристикам скользящего затвора, где строки пикселей читаются построчно, что может привести к неравномерной яркости, особенно между верхней и нижней частями изображения.
 
Для эффективного управления режимом GRR можно обеспечить постоянную подсветку во время фазы интеграции с помощью вспышки или внешнего источника света, что гарантирует одинаковое время экспонирования для всех строк пикселей. Это управление можно осуществить через GPIO-пины или коммуникации I2C, запуская последовательность GRR и синхронизируя освещение. Например, камеры Basler предоставляют параметр ReadoutTimeAbs, чтобы помочь пользователю определить время считывания сенсора, амодуль камеры Sinoseenпредоставляет настраиваемую поддержку режима GRR.

 
Проблемы, которые могут возникнуть при использовании режима GRR, и их решения

Несмотря на то что режим глобальной перезагрузки и сброса (GRR) предлагает значительные преимущества в плане минимизации эффекта роллингового затвора, существуют некоторые недостатки, особенно в отношении равномерности яркости изображения и контроля экспозиции. Для преодоления этих проблем можно использовать следующие техники и стратегии 

Использование внешнего механического затвора

Поскольку строки пикселей в режиме GRR читаются с разными временами экспозиции, это приводит к неравномерной яркости изображения, особенно между верхней и нижней частями изображения. Для решения этой проблемы можно использовать внешний механический затвор, который закрывается в конце фазы интеграции, предотвращая дальнейшую экспонирование датчика surrounding светом во время чтения начальных строк. Этот метод обеспечивает отсутствие дополнительного освещения датчика во время процесса чтения, сохраняя постоянную яркость изображения.

 
Подавление окружающего света

Используя вспышку во время экспонирования и гарантируя, что она выключается сразу после завершения экспонирования, можно имитировать эффект глобального затвора и уменьшить неравномерную яркость, вызванную различиями во времени экспозиции между строками. Этот метод требует точного управления включением и выключением вспышки для соответствия времени экспозиции режима GRR.
 
Кроме того, согласованность экспозиции может быть дополнительно улучшена с использованием технологии высокоскоростной синхронизации вспышки. Эта техника позволяет синхронизировать импульсы вспышки со временем экспозиции камеры, обеспечивая одинаковое время экспонирования для всех строк пикселей и, таким образом, уменьшая различия яркости на изображении.

 
Корректировка программными средствами

Неоднородная яркость, вызванная режимом GRR, также может частично компенсироваться корректировкой программными средствами. Анализируя данные изображения, можно выявить и исправить изменения яркости, чтобы улучшить общее качество изображения.

 
Как мне выбрать правильный тип затвора?

Прежде всего, учтите характеристики движения в приложении. Если ваше приложение включает движущиеся объекты или камеры на высокой скорости, глобальный затвор, вероятно, будет лучшим выбором, так как он одновременно экспонирует все пиксели, эффективно избегаяразницы между размытием от движения и искажением изображения. Если ваше приложение чувствительно к стоимости, и размытие движения не является серьезной проблемой, тоrolling shutterможет быть экономически выгодным вариантом.
 
Для приложений, где необходимо сбалансировать стоимость и качество изображения, затвор GRR предлагает компромисс. Затвор GRR имитирует поведение глобального затвора во время экспонирования, уменьшая эффект скользящего затвора, сохраняя при этом некоторые преимущества rolling shutter. Это делает затвор GRR подходящим для промышленной визуальной проверки, навигации роботов и высокоскоростной съемки, особенно в сценариях, где требуется точный контроль освещения для минимизации артефактов изображения.
 
Кроме того, следует учитывать другие факторы системы, такие как частота кадров, чувствительность датчика, условия освещения и возможности послепроцессинга. Принимайте всестороннее решение.
 
Подводя итог, я надеюсь, что эта статья помогла вам понять глобальный сброс затвора. Если вам нужен модуль камеры с индивидуальным глобальным сбросом затвора, не стесняйтесь обращаться к нам. Sinoseen имеет многолетний опыт в отрасли и широкий ассортимент продукции, мы уверены, что сможемпредоставить вам наиболее подходящее решение для модуля камеры.

Часто задаваемые вопросы

В: Как тип затвора влияет на качество изображения?

О: Глобальные затворы обеспечивают изображения без искажений, роликовые затворы могут вызывать искажение изображения, а затворы GRR минимизируют искажения, оставаясь экономически эффективными.
 
В: Как затвор GRR уменьшает эффект роликового затвора?

О: Затвор GRR снижает искажение изображения, связанное с построчным экспонированием, точно контролируя освещение, так как все пиксели экспонируются одновременно, а считывание выполняется построчно.