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图像传感器的全局快门Global shutter和卷帘快门Rolling什么区别
2022-05-15 01:29:52

图像传感器的全局快门和卷帘快门有什么区别?
 
1、卷帘快门
卷帘快门英文标识为Rolling shutter,这种快门的特点就是CMOS像素(二极管)渐次曝光。也就是CMOS一个接一个的曝光,这样的好处是可以达到更高的帧率,但坏处就是被摄主体快速移动时,会出现部分曝光(partial exposure)、斜坡图形(skew)、晃动(wobble) 等现象。
2、全局快门
全局快门也称为Global shutter ,特点就是整幅场景在同一时间完成曝光。传感器所有像素点(二极管)同时收集光线,同时曝光。与滚动快门不同,这种同时曝光方式,就没有果冻了。
CCD就是全局工作方式。所有像素同时曝光。
但全局快门也有缺点,当曝光时间短的应用(如<500μs)很适合,曝光时间长(如大于500μs)时噪点情况严重,用卷帘快门更合适。

快门(Shutter)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。
 
快门(Shutter)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
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。
 
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。
 
什么是快门?

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。

什么是Global Shutter(Total Shutter)?

通过整幅场景在同一时间曝光实现的。Sensor所有像素点同时收集光线,同时曝光。即在曝光开始的时候,Sensor开始收集光线;在曝光结束的时候,光线收集电路被切断。然后Sensor值读出即为一幅照片。CCD就是Global shutter工作方式。所有像元同时曝光。

什么是Rolling Shutter?

与Global shutter不同,它是通过Sensor逐行曝光的方式实现的。在曝光开始的时候,Sensor逐行扫描逐行进行曝光,直至所有像素点都被曝光。当然,所有的动作在极短的时间内完成。不同行像元的曝光时间不同。

 

缺点

Global shutter 曝光时间更短,但会增加读出噪声;

对于相机厂家,Rolling shutter可以达到更高的帧速,但当曝光不当或物体移动较快时,会出现部分曝光(partial exposure)、斜坡图形(skew)、晃动(wobble) 等现象。这种Rolling shutter方式拍摄出现的现象,就定义为果冻效应。

曝光时间短的应用(如<500μs)适合Global shutter,曝光时间长(如大于500μs)时,选择rolling shutter可以有更低的噪声和帧速。


对比

Rolling Shutter的缺陷示例

   示例1

看看下面的图片。 想象一下,每个橙色框都是一个像素,我们的图像只有三个像素。 当我们的英雄爬上楼梯时,像素一次被读取一个,从而导致最后一帧的滞后。

    示例2

    示例3

 


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