ชัตเตอร์ GRR คืออะไร? มีปัญหาทั่วไปและวิธีแก้ไขอย่างไร?

ในแอปพลิเคชัน เช่น การสแกนเรตินา กล้องแบบ Rolling Shutter จะถูกใช้เพื่อจับภาพด้วยความล่าช้าของการเปิดรับแสงที่ต่ำ เพื่อให้ได้การประมาณค่าที่ใกล้เคียงกับตาของมนุษย์มากที่สุด ในกรณีนี้ กล้องจำเป็นต้องเปิดรับแสงไปทั่วทั้งดวงตาหรือเรตินาในชัตเตอร์เดียว เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหา Rolling Shutter Artifacts แล้วเราจะทำอย่างไรเพื่อให้สำเร็จตามเป้าหมายนี้ โดยพิจารณาว่ากล้องแบบ Rolling Shutter เปิดรับแสงแต่ละเฟรมทีละบรรทัด
 
นั่นคือสิ่งที่เราต้องรู้ในโพสนี้ กล้อง Rolling Shutter บางตัวมีฟีเจอร์ Global Reset Release (GRR) ซึ่งแก้ไขปัญหานี้ได้อย่างดี ลองมาดูรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่างกัน

ประเภทชัตเตอร์ทั่วไป

ก่อนหน้านี้ เราได้พูดถึงชัตเตอร์กล้องสองประเภทที่พบบ่อย: Global Shutter และ Rolling Shutter สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความแตกต่างสามารถดูบทความนี้ได้
 
ชัตเตอร์โกลบอลคืออะไร? เทคโนโลยีชัตเตอร์โกลบอลช่วยให้พิกเซลทั้งหมดบนเซนเซอร์ของกล้องถูกเปิดรับแสงในเวลาเดียวกัน และมีประสิทธิภาพอย่างมากในการจับภาพวัตถุที่เคลื่อนไหวเร็ว หรือการถ่ายภาพขณะที่กล้องกำลังเคลื่อนที่ เพราะช่วยลดปัญหาการเบลอจากความเคลื่อนไหวและการบิดเบือนของภาพ อย่างไรก็ตาม มันมักจะมีราคาแพงกว่า
 
ชัตเตอร์โรลลิ่งคืออะไร? ในทางกลับกัน เทคโนโลยีชัตเตอร์โรลลิ่งจะเปิดรับแสงพิกเซลหนึ่งๆ ทีละตัว ซึ่งอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่เรียกว่า “ผลกระทบของชัตเตอร์โรลลิ่ง” ซึ่งสามารถทำให้เกิดการบิดเบือนของภาพเมื่อจับภาพวัตถุที่เคลื่อนไหวเร็ว อย่างไรก็ตาม กล้องชัตเตอร์โรลลิ่งได้รับความนิยมในหลายแอปพลิเคชันเนื่องจากมีต้นทุนต่ำและมีเสียงรบกวนต่ำ
 
ดังนั้น เพื่อแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับชัตเตอร์โกลบอลและชัตเตอร์โรลลิ่ง ขณะเดียวกันยังคงรักษาข้อดีของทั้งสองแบบ ชัตเตอร์ Global Reset Release (GRR) จึงถูกสร้างขึ้นมา

 
GRR mode คืออะไร?

อะไรคือการรีเซ็ตระดับโลก? การรีเซ็ตระดับโลกแบบ GRR (Global Reset Release Shutter) เป็นรูปแบบหนึ่งของชัตเตอร์ระดับโลกและชัตเตอร์แบบโรลลิ่ง ที่รวมคุณสมบัติของทั้งชัตเตอร์ระดับโลกและชัตเตอร์แบบโรลลิ่ง โดยออกแบบมาเพื่อลดหรือกำจัดผลลัพธ์ของชัตเตอร์แบบโรลลิ่งในขณะที่ยังคงรักษาความคุ้มค่าและระดับเสียงรบกวนต่ำ ชัตเตอร์ GRR เอามาตรฐานการทำงานของชัตเตอร์ระดับโลกในระหว่างระยะการเปิดรับแสง โดยที่พิกเซลทั้งหมดเริ่มเปิดรับแสงพร้อมกัน แต่จะคล้ายกับชัตเตอร์แบบโรลลิ่งในระหว่างระยะการอ่านค่า เมื่อข้อมูลพิกเซลถูกอ่านออกมาทีละบรรทัด
 
กลไกการดำเนินงานที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้ชัตเตอร์ GRR เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่จำเป็นต้องจับภาพวัตถุที่เคลื่อนไหวเร็ว ในขณะที่ควบคุมต้นทุน เช่น การตรวจสอบภาพในอุตสาหกรรม การนำทางของหุ่นยนต์ และการถ่ายภาพความเร็วสูง ชัตเตอร์ GRR ให้ภาพที่คมชัดกว่าชัตเตอร์แบบโรลลิ่งแบบเดิมโดยหลีกเลี่ยงการบิดเบือนของภาพที่เกิดจากกระบวนการเปิดรับแสงทีละบรรทัด

 
GRR mode ทำงานอย่างไร?

กระบวนการทำงานของโหมด Global Reset Release Shutter (GRR) ประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก: ขั้นตอนการรีเซ็ต ขั้นตอนการรวมสัญญาณ และขั้นตอนการอ่านค่า
 
ในช่วงเวลาการรีเซ็ต พิกเซลทุกแถวในโหมด GRR จะถูกรีเซ็ตพร้อมกัน ซึ่งช่วยให้การสัมผัสแสงสม่ำเสมอ ลดปัญหาภาพเบลอจากความเคลื่อนไหวและการบิดเบือนของภาพเมื่อถ่ายวัตถุที่เคลื่อนไหวเร็ว

 
ในขั้นตอนการรวมสัญญาณ พิกเซลทุกแถวจะเริ่มการสัมผัสแสงพร้อมกัน จับแสงในฉากนั้นๆ ในขั้นตอนนี้ โหมด GRR มีลักษณะคล้ายกับชัตเตอร์โกลบอล โดยให้กล้องสามารถจับภาพฉากที่เคลื่อนไหวได้โดยไม่ได้รับผลกระทบจากผลลัพธ์ของชัตเตอร์เลื่อน อย่างไรก็ตาม ในขั้นตอนการอ่านค่า จะกลับไปมีลักษณะเหมือนชัตเตอร์เลื่อน โดยพิกเซลแต่ละแถวจะถูกอ่านทีละบรรทัด ซึ่งอาจทำให้ความสว่างไม่สม่ำเสมอ โดยเฉพาะระหว่างด้านบนและด้านล่างของภาพ
 
เพื่อควบคุมโหมด GRR ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถให้แสงสว่างคงที่ระหว่างช่วงการรวมสัญญาณผ่านการใช้งานแฟลชหรือแหล่งกำเนิดแสงภายนอก ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจว่าแต่ละแถวของพิกเซลถูกเปิดรับแสงเป็นเวลาเท่ากัน การควบคุมนี้สามารถทำได้ผ่านพิน GPIO หรือการสื่อสาร I2C โดยกระตุ้นลำดับ GRR และจับเวลาให้ตรงกันกับแสงสว่าง เช่น กล้อง Basler มีพารามิเตอร์ ReadoutTimeAbs เพื่อช่วยให้ผู้ใช้กำหนดเวลาการอ่านข้อมูลจากเซนเซอร์ ในขณะที่Sinoseen Camera Moduleให้การสนับสนุนโหมด GRR แบบปรับแต่งได้

 
ปัญหาที่อาจพบเมื่อใช้โหมด GRR และวิธีแก้ไข

แม้ว่าโหมด Global Reset Release Shutter (GRR) จะมีข้อดีอย่างมากในแง่ของการลดผลกระทบของ rolling shutter แต่ก็มีข้อเสียบางประการ โดยเฉพาะในเรื่องความสม่ำเสมอของความสว่างของภาพและการควบคุมการเปิดรับแสง เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ สามารถใช้เทคนิคและกลยุทธ์ต่อไปนี้ 

การใช้ชัตเตอร์กลไกภายนอก

เนื่องจากแถวของพิกเซลในโหมด GRR จะถูกอ่านด้วยเวลาการเปิดรับแสงที่แตกต่างกัน จึงทำให้ความสว่างของภาพไม่สม่ำเสมอ โดยเฉพาะระหว่างส่วนบนและล่างของภาพ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ สามารถใช้ชัตเตอร์กลไกภายนอก ซึ่งจะปิดเมื่อสิ้นสุดระยะการรวมแสง (integration phase) ป้องกันไม่ให้เซ็นเซอร์ถูกเปิดรับแสงจากแสงแวดล้อมขณะอ่านแถวแรกๆ วิธีนี้จะช่วยให้เซ็นเซอร์ไม่ถูกเปิดรับแสงเพิ่มเติมระหว่างกระบวนการอ่าน จึงรักษาความสว่างของภาพให้คงที่

 
การลดแสงแวดล้อม

โดยการใช้แฟลชในระหว่างการเปิดรับแสงและแน่ใจว่าแฟลชถูกปิดทันทีหลังจากการเปิดรับแสงเสร็จสิ้น สามารถจำลองผลลัพธ์ของชัตเตอร์แบบโกลบอล และลดความไม่สม่ำเสมอของความสว่างที่เกิดจากความแตกต่างของเวลาการเปิดรับแสงระหว่างแถวได้ วิธีนี้ต้องการการควบคุมแฟลชเปิด-ปิดอย่างแม่นยำเพื่อให้ตรงกับเวลาการเปิดรับแสงของโหมด GRR
 
นอกจากนี้ การใช้เทคโนโลยีแฟลชแบบซิงโครไนซ์ความเร็วสูงสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของการ暴光ได้มากขึ้น เทคนิคนี้ทำให้การกระพริบของแฟลชสามารถซิงโครไนซ์กับเวลาการ暴光ของกล้อง ทำให้มั่นใจได้ว่าแต่ละแถวของพิกเซลจะถูก暴光ในเวลาเดียวกัน ลดความแตกต่างของความสว่างในภาพลง

 
การปรับแต่งด้วยซอฟต์แวร์

ความสว่างที่ไม่สม่ำเสมอเนื่องจากโหมด GRR ก็สามารถแก้ไขได้ในระดับหนึ่งผ่านการปรับแต่งด้วยซอฟต์แวร์ โดยการวิเคราะห์ข้อมูลของภาพ ความแปรปรวนของความสว่างสามารถตรวจพบและแก้ไขเพื่อปรับปรุงคุณภาพโดยรวมของภาพ

 
ฉันควรเริ่มต้นอย่างไรในการเลือกชนิดของชัตเตอร์ที่เหมาะสม?

ก่อนอื่น พิจารณาลักษณะการเคลื่อนไหวของแอปพลิเคชัน หากแอปพลิเคชันของคุณเกี่ยวข้องกับวัตถุหรือกล้องที่เคลื่อนไหวด้วยความเร็วสูง ชัตเตอร์โกลบอลอาจเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด เพราะมันสามารถ暴光พิกเซลทั้งหมดพร้อมกัน หลีกเลี่ยงปัญหาความแตกต่างระหว่างการเบลอจากการเคลื่อนไหวและการบิดเบือนของภาพ. หากแอปพลิเคชันของคุณมีความไวต่อต้นทุนและภาพเบลอจากความเคลื่อนไหวไม่ใช่ปัญหาสำคัญ การเลือกใช้รอลลิงชัตเตอร์อาจเป็นทางเลือกที่ประหยัดต้นทุน
 
สำหรับแอปพลิเคชันที่จำเป็นต้องสมดุลระหว่างต้นทุนและคุณภาพของภาพ ชัตเตอร์ GRR นำเสนอทางออกที่เหมาะสม ชัตเตอร์ GRR เอามาตรฐานการทำงานคล้ายกับโกลบอลชัตเตอร์ในช่วงการสัมผัสแสง ลดผลกระทบของรอลลิงชัตเตอร์ขณะยังคงรักษาข้อดีบางประการของรอลลิงชัตเตอร์ ทำให้ชัตเตอร์ GRR เหมาะสำหรับการตรวจสอบวิชั่นอุตสาหกรรม การนำทางของหุ่นยนต์ และการถ่ายภาพความเร็วสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่ต้องควบคุมแสงสว่างอย่างแม่นยำเพื่อลดความผิดพลาดของภาพ
 
นอกจากนี้ ควรพิจารณาปัจจัยอื่น ๆ ของระบบ เช่น อัตราเฟรม การไวต่อแสงของเซนเซอร์ สภาพแสง และความสามารถในการประมวลผลหลังการถ่ายภาพ ให้ทำการตัดสินใจอย่างรอบคอบ
 
สรุปได้ว่า ฉันหวังว่าบทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจเกี่ยวกับกลไกชัตเตอร์การรีเซ็ตระดับโลก หากคุณมีความต้องการในเรื่องของโมดูลกล้องที่มีชัตเตอร์การรีเซ็ตระดับโลกแบบปรับแต่งได้ กรุณาติดต่อเรา Sinoseen มีประสบการณ์หลายปีในอุตสาหกรรมและมีผลิตภัณฑ์หลากหลาย เราเชื่อมั่นว่าเราสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับโมดูลกล้องที่เหมาะสมที่สุดสำหรับคุณ.

คำถามที่พบบ่อย

คำถาม: ประเภทของชัตเตอร์มีผลต่อคุณภาพของภาพอย่างไร?

คำตอบ: ชัตเตอร์ระดับโลกให้ภาพที่ไม่มีการบิดเบือน ชัตเตอร์แบบโรลลิ่งอาจทำให้เกิดการบิดเบือนของภาพ และชัตเตอร์ GRR ลดการบิดเบือนลงได้ขณะที่ยังคงคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
 
คำถาม: ชัตเตอร์ GRR ลดผลกระทบของชัตเตอร์แบบโรลลิ่งได้อย่างไร?

คำตอบ: ชัตเตอร์ GRR ลดการบิดเบือนของภาพที่เกิดจากการเปิดรับแสงทีละบรรทัด โดยการควบคุมแสงสว่างอย่างแม่นยำ เนื่องจากพิกเซลทั้งหมดถูกเปิดรับแสงพร้อมกันและทำการอ่านค่าทีละบรรทัด