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  • 全局快门和卷帘快门的区别
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    2020-04-09 17:36:22

    快门(Shutter)

    1. 定义
      快门是照相机用来控制感光片有效曝光时间的机构,是照相机的一个重要组成部分,它的结构、形式及功能是衡量照相机档次的一个重要因素。一般而言快门的时间范围越大越好。秒数低适合拍运动中的物体,某款相机就强调快门最快能到1/16000秒,可轻松抓住急速移动的目标。不过当你要拍的是夜晚的车水马龙,快门时间就要拉长,常见照片中丝绢般的水流效果也要用慢速快门才能拍出来。
    2. 速度
      快门速度单位是"秒"。常见的快门速度有:1 1/2 1/4 1/8 1/15 1/30 1/60 1/125 1/250 1/500 1/1000 1/2000等。相邻两级的快门速度的曝光量相差一倍。如1/60秒比1/125秒的曝光量多一倍,即1/60秒比1/125秒速度慢一级或称低一级。

    全局快门(global shutter)

    全局快门是通过整幅图片在同一时间曝光实现的。传感器的所有像素点同时收集光线,同时曝光。当预设的曝光时间到了,传感器停止收集光线,并将曝光图像转成电子图像。在这个过程中,并没有实际意义上的快门存在。在曝光开始的时候,传感器开始收集光线,在曝光结束的时候,光线收集电路被切断,传感器读出值即为一幅图片。

    卷帘快门(rolling shutter)

    卷帘快门通过控制芯片逐行曝光。卷帘快门也没有实际意义上的快门,而是通过断电控制传感器,使其不同部分在不同时间下对光的敏感度不同,逐行进行曝光,直至所有像素点都被曝光。所有的动作在很短的时间内完成。一般情况为1/48至1/60秒。

    SLAM中应用的优缺点

    1. rolling shutter
      rolling shutter是逐行顺序曝光,所以不适合运动物体的拍摄,假如物体或摄像头在拍摄期间处于快速运动状态,拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任意一种情况。
    2. global shutter
      global shutter所有像素在同一时刻曝光,类似于将运动物体冻结了,所以适合拍摄快速运动的物体。但是global shutter可能出现像糊现象。像糊现象出现与否取决于曝光时间的长短,假如曝光时间过长,且物体运动快则会出现像糊;假如曝光时间很短,类似于运动物体在瞬间被冻结了,则少有像糊。
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  • 卷帘快门和全局快门的区别

    千次阅读 2020-03-20 10:42:24
    技术背景 多面检测和图像处理任务需要足够的由光学、摄像机和...原则上,全局快门和滚动快门是有区别的。 与全局快门相比,滚动快门读出不太复杂,因此更具成本效益。此外,数量有限的晶体管将产生更少的热量和电子...

    技术背景

    多面检测和图像处理任务需要足够的由光学、摄像机和PC机组成的图像采集系统,每个部件的特征对任务的完成有着重要的影响。在相机方面,你可能首先想到的是分辨率,帧速率和PC数据传输接口。

    但是,在选择相机时必须考虑一个不太“明显”的因素:曝光,即快门特性。原则上,全局快门和滚动快门是有区别的。

    与全局快门相比,滚动快门读出不太复杂,因此更具成本效益。此外,数量有限的晶体管将产生更少的热量和电子噪声。另一个优点是较低的像素间距,使得相对于有源传感器表面的分辨率更高。

    快门

    与模拟胶片相机中的机械快门一样,数码相机中的这些全电子快门控制曝光时间,并以此方式控制在传感器像素中转换成电子(电荷载流子)的光量。

    不同的像素结构需要不同的曝光方法。快门定义了产生电荷载流子的时间(曝光时间)以及如何实现这一点。

    只要摄像机处于供电状态,传感器像素就处于活动状态。光被不断地“捕获”,然而电荷载流子不是累积的,而是不断地被删除。开始曝光将停止删除并开始电荷载体累积。曝光结束后读取像素。

    在这一点上,传感器在两种曝光方法中的表现都是一样的——细节就是魔鬼。

    全局快门

    全局快门可以与模拟胶片相机中的传统镜头快门进行比较。就像人眼中的虹膜一样,它们类似于镜头光圈,可能是你想到快门时想到的。
    模拟胶片相机中的镜头快门
    快门在释放时会像闪电一样快速打开,在曝光时间结束时会立即关闭。在打开和关闭之间,要拍摄图像的胶片段一次完全曝光(全局曝光)。

    带有数字全局快门的传感器也会这样做:每个像素中的电荷载波累积同时开始(全局)。这同样适用于曝光和读出的结束。

    全局快门
    同时,全局像素曝光会“冻结”场景,这就是为什么这种方法(短时曝光)适合于快速移动对象上的图像采集。

    卷帘快门

    卷帘式曝光类似于模拟胶片相机。它有助于理解功能原理并将其转换为数字等效。在传统技术中,卷帘调节胶片曝光和阴影。

    卷帘门看起来像是缺少一段的金属圆盘,如下图所示。阀瓣安装在膜带前面的旋转轴上。

    卷帘快门(示意图)
    为了更好的说明,下面半透明地绘制了滚动快门。

    开始曝光(1)。卷动快门逐渐打开胶片段,胶片段被曝光以拍摄图像(2)。完全打开后,将整个图像分别胶片段曝光(3)。快门关闭(4),直到再次完全遮光(5)。
    在这里插入图片描述
    虽然每个图像像素的曝光时间是相同的,但曝光不是全局的(同时是所有像素),而是连续的(逐行),这会导致快速移动对象的模糊。总之,在相同的曝光时间下,在快门打开(曝光开始)和关闭(完全阴影)之间总共会经过更多的时间。在此时间内持续的物体移动将导致图像失真。
    卷帘快门
    卷帘门在逐线载波累积和曝光的顺序上工作。每个像素同时曝光,但并非图像中的所有像素同时曝光(全局)。

    注意

    因此,在运动物体的图像采集中,卷帘式快门传感器不是一个合适的建议。

    卷帘效应

    由于物体逐行曝光而产生的图像模糊称为卷帘效应。下图显示逐行滚动快门曝光相对于全局快门的时间偏移。

    在卷动快门曝光中,模糊相当明显。

    卷帘效应
    模糊程度不仅取决于曝光时间(考虑到物体速度和可用光的数量),还取决于传感器的读出能力:最先进的传感器通过更高的读出速度而不是使用先前技术的传感器来减少滚动快门效应。

    直线运动

    直线运动
    在图像采集期间,在摄像机前面的线性方向上的对象移动将以水平模糊的形式创建滚动快门效果。
    线性运动:全局快门与滚动快门
    下图显示了模糊的来源:左侧是一行行行曝光的移动对象(橙色线)。右边你可以看到像素级的图像内容。
    滚动快门效果-对象水平移动导致成像模糊

    旋转对象

    图像采集时的对象旋转将模糊轮廓,如下图中的四个彩色象限所示。
    全局快门和滚动快门对旋转物体的影响
    下面的插图显示了相当奇怪的滚动快门效果来自哪里。逐行曝光(橙色线)和对象旋转的交互作用在所采集图像(左)的像素级上可视化。
    滚动快门效果-旋转模糊

    如何补偿卷帘效应

    一些卷帘式快门传感器提供了一种特殊功能,即所谓的全局复位。像在全局快门曝光中一样,每个像素中的电荷载流子累积在同一时间开始。然而,读数是逐行与时间偏移-典型的滚动快门传感器。
    带全局复位功能的卷帘曝光
    每一行曝光不同的时间长度,由亮度梯度显示。
    具有全局复位功能的卷帘曝光中不同曝光时间引起的亮度梯度
    仅全局重置功能不足以补偿滚动快门效果。曝光时间保持不变,因此在运动物体上的图像采集中存在模糊的潜在风险。

    这可以通过结合全局重置功能、闪光灯和环境光抑制来解决。
    闪光灯与具有全局复位功能的卷帘式快门传感器一起使用
    该图显示了基本的功能原理:开始曝光时闪光灯打开,曝光时间激活。确保所有环境光都被抑制,直到最后一行曝光完成。

    通过这种方式,滚动快门传感器“模拟”运动对象图像采集中的全局快门行为。

    具有全局重置功能的卷帘式快门传感器模拟全局曝光和阴影

    展开全文
  • 典型的CCD相机会同时曝光所有sensor的像素,这种方式称为全局快门(global shutter)。意思是从相机中sensor获取的图像数据中所有像素的值都在同一个时间点上获取。 尽管有部分使用全局快门的CMOS技术存在,但大部分...

    简介

            CCD和CMOS相机的图像传感器都使用电子快门,两种sensor不同的地方在于读取像素数据的方式。

            典型的CCD相机会同时曝光所有sensor的像素,这种方式称为全局快门(global shutter)。意思是从相机中sensor获取的图像数据中所有像素的值都在同一个时间点上获取。

            尽管有部分使用全局快门的CMOS技术存在,但大部分CMOS相机使用卷帘快门(rolling shutter)。使用卷帘快门时,sensor获取的图像以行为单位曝光,每行曝光时间会略有差异。

    全局快门(global shutter)

            使用全局快门的相机,sensor所有数据都属于同一时间点,因此对于图像中的对象运动速度较快时很有帮助,能够捕获到某一时点清晰的图像。

            对于CCD相机来说,由于其像素读取的特点,只有一个全局的ADC做转换,全局快门的极限速度被其像素读取速度所限制,因此其帧率较难提升,sensor的像素越多,整体帧率就会越低。

    卷帘快门(rolling shutter)

            理解卷帘快门不难,假设sensor有N行,每行有M个像素(M列)。可以将像素看做是负责记录它们对应位置光线的画家,有N行,每行M个画家,每个画家最初眼睛都被黑布蒙上了。现在sensor要获取图像,你来负责指挥。你制定了一个规则:

            当你喊开始的时候,记为时间0,每个人开始计时,间隔为T

            第一行的M个人在时间0*T的时候,同时摘下黑布并观察他们所在位置看到的光线一小段时间,然后把看到的画出来

            第二行的M个人在时间1*T的时候,同时摘下黑布并观察他们所在位置看到的光线一小段时间,然后把看到的画出来

            第三行的M个人在时间2*T的时候,同时摘下黑布并观察他们所在位置看到的光线一小段时间,然后把看到的画出来

            以此类推,直到最后一行完成画图为止,工作时序大致如下图:

            以上类比只是为了方便理解,想详细了解的细节,可以参考这里:

    https://www.edn.com/digital-camera-design-part-3-cmos-rolling-shutter-and-global-reset-schemes/https://www.edn.com/digital-camera-design-part-3-cmos-rolling-shutter-and-global-reset-schemes/        Rolling shutter问题

            对于高速运动的物体,由于图像里的每一行观察的图像处于时间轴上的不同时点,因为行与行之间的图像会有差异。导致图像存在artifacts。以下是一些例子(图片来自维基百科):

            

    伪全局快门("Pseudo-Global Shutter")

            有没有一种方法能够综合两种快门的优点,同时解决卷帘快门的问题呢。有一种伪全局快门可以实现,其思路是利用卷帘快门中各行曝光时间窗口的稳定区域来实现。直接来看图:

             可以看出伪全局快门主要是将卷帘快门的曝光时间窗口放在了公共的稳定区域内去曝光。这样每行的像素所采集的数据起始点和结束点都是相同的。

    展开全文
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  • 卷帘快门与全局快门的区别

    千次阅读 2018-09-27 20:42:27
    卷帘快门与全局快门 卷帘快门,通常用于CMOS传感器。使用这种快门,传感器在曝光时并不是所有像素同时感光的,而是每行像素按照顺序依次感光。 全局快门的工作方式就像我们通常想象的那样,所有像素同时感光,在...

    卷帘快门与全局快门

    卷帘快门,通常用于CMOS传感器。使用这种快门,传感器在曝光时并不是所有像素同时感光的,而是每行像素按照顺序依次感光。

    全局快门的工作方式就像我们通常想象的那样,所有像素同时感光,在任意一个时间点,所有像素都接受相同的光量。

    想象一下有一道光从传感器上上方以一定速度运动到下方,滑过整个传感器。因此在任意一个时间点时,传感器上部和下部感受的光量是不同的。

    下面是卷帘快门和全局快门工作过程的示意图:

    为什么这很重要?

    一般来说,CCD传感器多用全局快门,CMOS传感器多用卷帘快门。制造商为传感器选择某一种快门需要考虑多种因素:处理速度、电耗、成本以及复杂性等等。

    对拍静态照片来说这并不是问题,但在拍摄视频时选择哪一种快门就变得很重要了,特别是在拍摄高速运动的物体时。

     

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  • 全局快门与卷帘式快门

    千次阅读 2011-07-11 15:20:33
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  • 参考: https://blog.csdn.net/abcwoabcwo/article/details/93099982
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