机器视觉相机选型问题:全局快门与卷帘快门
来源:深圳市凯茉锐电子科技有限公司2025-01-07
全局快门与卷帘快门的工作原理
1.全局快门的原理可以用图2来表示。全局快门的工作方式是所有的传感器像素同时开始并结束曝光。这意味着传感器的每个像素点都在同一时间感受到光线,并且曝光时间完全一致。当曝光时间结束后,传感器会将每个像素点收集到的电子信号转移到存储区域,然后依次读取每行的数据,直到整个图像完成。这种方式确保了图像中所有部分的曝光时间一致,不会因物体快速运动而产生图像偏斜或变形。这种同步曝光的好处在于,拍摄快速移动的物体时,如飞机螺旋桨、高速赛车等,画面不会出现视觉上的“拖影”或“倾斜”现象。例如,当拍摄一辆高速行驶的车时,车的形状保持一致,车轮也不会出现拉伸或变形。
全局快门的优缺点
优点:所有像素点同时曝光,能够捕捉到高速移动的物体而不发生画面畸变或拖影,非常适合拍摄运动物体。
缺点:全局快门的曝光时间受限于机械运动的极限,存在最小曝光时间的限制,也因此难以进一步缩短曝光时间。
卷帘快门
2.卷帘快门的工作方式可以用图1来解释。卷帘快门的曝光并非一次性完成,而是通过逐行扫描的方式进行曝光。这意味着,当图像的第一行开始曝光时,其他行仍未曝光。传感器从上到下逐行曝光,直到所有行都完成曝光。由于卷帘快门是逐行扫描,随着图像的每一行逐步曝光,不同的像素点记录到的光线时间不同,这就会导致画面中运动物体的某些部分出现形变或拖影。卷帘快门的逐行曝光方式在拍摄高速运动物体时容易产生视觉上的畸变。例如,当拍摄一架正在飞行的飞机螺旋桨时,快速旋转的螺旋桨由于每行像素的曝光时间不同,画面上会出现螺旋桨弯曲或拉伸的现象。这种现象被称为“卷帘效应”,也常见于高速运动下的其他拍摄场景。
卷帘快门的优缺点
优点:能够实现更短的曝光时间,适合静态拍摄,并且可以实现更高的帧速率和更低的制造成本。由于不需要同步曝光控制,设计上较为简单。
缺点:由于逐行曝光,当拍摄快速运动的物体时,容易出现拖影或图像扭曲,不适合高速场景拍摄。
卷帘效应与拖影现象
3.拖影现象可以通过逐行曝光的原理来理解。当拍摄目标与摄像系统之间存在相对运动时,随着传感器逐行曝光,不同位置的像素点在曝光时捕捉到的物体位置会有所不同。图像的某个部分在曝光时,物体已经发生了位移,导致不同像素点记录的图像并不一致。最终生成的图像实际上是物体在运动过程中不同位置的叠加,形成了“拖影”。
例如,坐在一辆高速行驶的火车上,用卷帘快门拍摄窗外的树木,结果树木在照片中可能会出现倾斜。这是因为树木的影像在传感器上逐行记录时,每一行树木的位置稍有变化,形成了这种视觉上的倾斜或偏移。图1的逐行曝光模式清楚展示了这种曝光延迟是如何影响成像的。
应用场景分析
4.全局快门由于能够同时曝光整个场景,适合拍摄高速运动物体。它的典型应用包括体育赛事、交通监控以及需要精确捕捉高速动作的科学研究等场景。在这些场合下,画面需要保持高度一致性,不能出现拖影或畸变,全局快门能够提供更稳定的画质。卷帘快门则广泛应用于CMOS传感器中,因为它的逐行扫描方式可以实现更高的帧速率和更低的功耗,适合日常拍摄和静态场景,如风景照、静物照等。在这些应用中,物体的运动相对较慢,卷帘效应不会显著影响图像质量。
如何应对拖影与卷帘效应
5.理解卷帘快门与全局快门的差异非常重要,尤其是在拍摄高速运动物体时。如果使用的是卷帘快门相机,可以通过以下方式减少拖影和卷帘效应的影响:
缩短曝光时间:通过调整相机的快门速度,减少曝光时间可以减轻运动物体的形变和拖影。
增加光源:在光线不足的环境中,增大光圈或使用辅助光源,保证较短曝光时间下图像依然明亮。
选择合适的场景:在无法避免卷帘效应的情况下,摄影师可以通过构图避免捕捉高速运动的物体,或利用卷帘效应创作出独特的视觉效果。
相关资讯
- 2025-02-14
- 2025-02-13
- 2025-02-12
- 2025-02-11
- 2025-02-10
- 2025-02-08