工业相机三种曝光方式总览

本文将详细解析三种电子曝光方式的工作机制、时序区别、优缺点、适用场景与调参要点一次讲透。

1.全局曝光（Global Shutter）

2.卷帘曝光（Rolling Shutter）

3.全局复位释放曝光（Global Reset Shutter, GRR）

 全局快门(Global Shutter)

 定义与工作原理

整块像素同时开始、同时结束曝光；随后再统一或并行读出。这样每帧就是“同一时刻”的快照。这在使用硬件触发器将相机曝光与光源激活同步时非常有利，因为曝光是同时在传感器上进行的。

工程含义：

●对运动鲁棒：无倾斜/果冻，适合高速运动定位、尺寸测量、条码物流等在线检测。

●读出/功耗/成本：像素电路更复杂，读噪与极限帧率常不如RS同代产品；但在机器视觉里，这是换来的“时域一致性”。

GS时序里所有行同起同止，之后才读出；亮度更均匀、运动模糊最小。

3. Rolling Shutter（卷帘快门）

定义与工作原理

逐行依次启动曝光与读出；每行积分长度都等于你设定的曝光时间 T，但不同行的起始时刻相差行时间 t_row，从而在帧扫描时间 t_scan 内“时间是倾斜的”。

✅ 工程含义：

●可能的畸变：高速运动或频闪下会出现倾斜/弯曲/果冻等 RS 伪影；行时间越短、行数越少（或ROI越小）越不明显。

●优势：同工艺下成本低、像素密度/灵敏度/帧率容易做高，民用与不少工业应用因此大量选用。

相机传感器在曝光时会逐行读出数据，读出的数据沿着相机传感器行“滚动”，这就是这种方法称为滚动快门的原因。读出每一行都需要一定的时间（例如 10 μs），称为“行时间”，这意味着生成的图像在每行之间都有很小的时间延迟。如果带有滚动快门的相机有 2048 行（例如典型的 2048 x 2048 CMOS 传感器），则意味着最上面一行在时间 0 时读出，而最下面一行在 2.048 ms 后读出（10 μs 乘以 2048 行），这称为“帧时间”。这个微小的时间延迟会在大型传感器上累加，在对非常快的样本进行成像时应考虑到这一点。

Global Reset Shutter（全局复位快门）

定义与工作原理

所有行同时开始曝光（全局复位/Global Reset），但结束曝光与读出仍然逐行（像滚动一样）。这样能显著降低RS的几何畸变。

副作用与对策：

●因为底部行更晚结束，同帧内曝光长度从上到下逐渐变长，可能出现由上到下的亮度渐变（shading）。

●配合频闪/脉冲光：把光只打在“所有行都在积分”的重叠区，可消除梯度，达到“接近全局曝光”的效果（有厂商称 pseudo/global reset release）。

多家工业相机都提供“Rolling + Global Reset”工作方式与触发引脚来配闪光。