卷簾快門(mén)(Rolling shutter)與全局快門(mén)(global shutter)的區(qū)別

一、什么是shutter

快門(mén)是照相機(jī)用來(lái)控制感光片有效曝光時(shí)間的機(jī)構(gòu)。是照相機(jī)的一個(gè)重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)、形式及功能是衡量照相機(jī)檔次的一個(gè)重要因素。一般而言快門(mén)的時(shí)間范圍越大越好。秒數(shù)低適合拍運(yùn)動(dòng)中的物體，某款相機(jī)就強(qiáng)調(diào)快門(mén)最快能到1/16000秒，可輕松抓住急速移動(dòng)的目標(biāo)。不過(guò)當(dāng)你要拍的是夜晚的車(chē)水馬龍，快門(mén)時(shí)間就要拉長(zhǎng)，常見(jiàn)照片中絲絹般的水流效果也要用慢速快門(mén)才能拍出來(lái)。Global shutter 曝光時(shí)間更短，但會(huì)增加RMS 讀出噪聲；對(duì)于相機(jī)廠家，Rolling shutter可以達(dá)到更高的幀速，但當(dāng)曝光不當(dāng)或物體移動(dòng)較快時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分曝光(partial exposure)、斜坡圖形(skew)、晃動(dòng)(wobble) 等現(xiàn)象。曝光時(shí)間短的應(yīng)用（如<500μs）適合Global shutter，曝光時(shí)間長(zhǎng)（如大于500μs）時(shí)，選擇rolling shutter可以有更低的噪聲和幀速。

二、什么是global shutter

通過(guò)整幅場(chǎng)景在同一時(shí)間曝光實(shí)現(xiàn)的。Sensor所有像素點(diǎn)同時(shí)收集光線，同時(shí)曝光。即在曝光開(kāi)始的時(shí)候，Sensor開(kāi)始收集光線；在曝光結(jié)束的時(shí)候，光線收集電路被切斷。然后Sensor值讀出即為一幅照片。CCD就是Global shutter工作方式。所有像元同時(shí)曝光。

三、什么是rolling shutter

與Global shutter不同，它是通過(guò)Sensor逐行曝光的方式實(shí)現(xiàn)的。在曝光開(kāi)始的時(shí)候，Sensor逐行掃描逐行進(jìn)行曝光，直至所有像素點(diǎn)都被曝光。當(dāng)然，所有的動(dòng)作在極短的時(shí)間內(nèi)完成。不同行像元的曝光時(shí)間不同。部分曝光現(xiàn)象(partial exposure)，斜坡現(xiàn)象（skew），晃動(dòng)現(xiàn)象（wobble），晃動(dòng)的機(jī)理與斜坡相同，只是更為復(fù)雜，往往與相機(jī)的不穩(wěn)定有關(guān)。如果被拍攝物體相對(duì)于相機(jī)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)。用Global shutter方式拍攝，假如曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，照片會(huì)產(chǎn)生像糊現(xiàn)象。而用Rolling shutter方式拍攝，逐行掃描速度不夠，拍攝結(jié)果就可能出現(xiàn)“傾斜”、“搖擺不定”或“部分曝光”等任一種情況。這種Rolling shutter方式拍攝出現(xiàn)的現(xiàn)象，就定義為果凍效應(yīng)。

MOS 成像傳感器是每個(gè)工業(yè)相機(jī)系統(tǒng)的核心，但它們有兩種快門(mén)方式——卷簾快門(mén)或全局快門(mén)。每種類(lèi)型的快門(mén)都有其優(yōu)點(diǎn)，但哪一種最好？這取決于具體的應(yīng)用程序。所以，讓我們來(lái)看看它們之間的差異，以幫助您決定哪一個(gè)最適合您的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。

卷簾快門(mén)

CMOS成像傳感器包含許多獨(dú)立的光傳感器，這些光傳感器排列在網(wǎng)格中（通常為矩形）。該傳感器網(wǎng)格捕獲圖像光，相機(jī)將其轉(zhuǎn)換為構(gòu)成最終數(shù)字圖像的像素網(wǎng)格。通過(guò)卷簾快門(mén)，每次只捕捉一行像素，在網(wǎng)格上移動(dòng)或向下移動(dòng)以構(gòu)建完整的圖像。

這樣做的好處是在任何時(shí)候只捕獲少量的圖像數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理和傳輸。因此，卷簾快門(mén) CMOS 傳感器尺寸更小、成本更低，從而使相機(jī)比全局快門(mén)同類(lèi)產(chǎn)品更便宜、更緊湊。然而，其缺點(diǎn)是使用卷簾快門(mén)時(shí)，第一行和最后一行像素的捕獲之間存在時(shí)間差。這意味著在組裝整個(gè)圖像時(shí)，場(chǎng)景中快速移動(dòng)的對(duì)象可能會(huì)失真或模糊。下圖中旋轉(zhuǎn)螺旋槳的葉片顯示了卷簾快門(mén)導(dǎo)致的圖像變形。

全局快門(mén)

全局快門(mén)同時(shí)曝光傳感器網(wǎng)格中的所有像素，因此最終數(shù)字圖像的每個(gè)像素都是在同一時(shí)刻捕獲的。這意味著不會(huì)發(fā)生由于使用卷簾快門(mén)而導(dǎo)致的移動(dòng)物體/場(chǎng)景的圖像失真。全局快門(mén)傳感器通常比卷簾快門(mén)傳感器尺寸更大、更感光。然而，全局快門(mén)傳感器更昂貴，且最大幀率可能低于類(lèi)似的卷簾快門(mén)傳感器，特別是具有高分辨率的傳感器。

卷簾快門(mén)相機(jī)和全局快門(mén)相機(jī)的傳統(tǒng)應(yīng)用

由于移動(dòng)物體/場(chǎng)景的圖像容易失真，在對(duì)靜止或緩慢移動(dòng)的物體進(jìn)行成像時(shí)最好使用卷簾快門(mén)。卷簾快門(mén)相機(jī)非常適合近乎實(shí)時(shí)地捕獲和處理高分辨率圖像。在機(jī)器視覺(jué)的背景下，如果被測(cè)目標(biāo)保持靜止且光線充足，那么帶有 CMOS 傳感器的卷簾快門(mén)相機(jī)將是最佳且最具成本效益的選擇。最適合卷簾快門(mén)相機(jī)的應(yīng)用包括機(jī)器人拾取和放置、PCB 檢查和顯微鏡檢查。

使用全局快門(mén)相機(jī)通常可以很好地對(duì)高速移動(dòng)的部件進(jìn)行成像，這可以使生產(chǎn)線移動(dòng)得更快，運(yùn)行效率更高。適用全局快門(mén)相機(jī)的應(yīng)用包括 ANPR、高速生產(chǎn)線檢測(cè)（例如制藥行業(yè)）和汽車(chē)市場(chǎng)。