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FR In diesem artikel:
- Was sind Global-Shutter- und Rolling-Shutter-Kameras?
- Was ist ein Global Shutter?
- Was ist ein Rolling Shutter?
- Was ist ein Global Reset Release Shutter?
- Rolling Shutter Effect
- Geeignete Nutzung - Global Shutter Kamera und Rolling Shutter Kamera
- Vor- und Nachteile von Global Shutter und Rolling Shutter
- Vor- und Nachteile von Rolling Shutter
- Die Hauptnachteile Von Rolling Shutter Sind Die Folgenden:
Was sind Global-Shutter- und Rolling-Shutter-Kameras?
Entdecken Sie die Unterschiede zwischen Global-Shutter- und Rolling-Shutter-Kameras und erhalten Sie wertvolle Hinweise zur Auswahl der idealen Option für Ihre kamerabezogene Anwendung. Dieser umfassende Leitfaden bietet eine gründliche Untersuchung dieser Sensortypen und beleuchtet ihre Vor- und Nachteile, um Ihnen das Wissen zu vermitteln, das Sie benötigen, um eine fundierte Entscheidung zu treffen.
In modernen Industriekameras und Bildverarbeitungssystemen spielen Sensoren eine wichtige Rolle bei der Erfassung und Speicherung von Bildern, um die verschiedenen Verarbeitungs- und Analyseanforderungen zu erfüllen. Diese Sensoren sind mit elektronischen Verschlüssen ausgestattet, die die Bildaufnahme erleichtern. Elektronische Shutter steuern die Belichtung der Photonenquellen im Sensor und bestimmen, ob die Pixel zeilenweise oder in einer kompletten Matrix belichtet werden. Rolling Shutter und Global Shutter sind die beiden Hauptvarianten der elektronischen Verschlüsse. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit der Funktionsweise von Shuttern, hebt die Unterschiede zwischen diesen beiden Typen hervor und bietet wertvolle Einblicke in ihre spezifischen Anwendungen.
Um die in diesem Artikel erörterten Details vollständig zu verstehen, sollten Sie sich mit den folgenden Schlüsselbegriffen vertraut machen.
Was ist ein Global Shutter?
Der in Bildsensoren verwendete Global-Shutter-Modus bietet eine bemerkenswerte Fähigkeit, bei der alle Pixel innerhalb des Sensors bei jeder Bildaufnahme gleichzeitig mit der Belichtung beginnen und aufhören, und zwar genau nach der programmierten Belichtungszeit. Nach Ablauf der Belichtungszeit beginnt der Prozess des Auslesens der Pixeldaten, der zeilenweise abläuft, bis alle Pixeldaten abgerufen worden sind. Dieser besondere Mechanismus, der in Global-Shutter-Kameras zum Einsatz kommt, liefert unverzerrte Bilder ohne jegliche Wackel- oder Verzerrungsprobleme. Diese Global-Shutter-Sensoren eignen sich besonders gut für die Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit.
Zur Veranschaulichung betrachten wir das Beispiel eines Bildes mit einer Auflösung von 640 x 480. Wenn dieses Bild mit einem Global Shutter belichtet wird, werden alle 307.200 Pixel (640 x 480) des Sensors gleichzeitig für die vorgesehene Belichtungsdauer belichtet.
Es ist wichtig zu wissen, dass der Global Shutter in erster Linie der Vermeidung von Rolling-Shutter-Artefakten dient und nicht der Abschwächung von Bewegungsunschärfe, die durch schnelle Bewegung und Belichtung entsteht. Nur bei niedrigeren Belichtungsstufen zeichnet sich der Global Shutter bei der Aufnahme scharfer Bilder von sich bewegenden Objekten aus und eliminiert Bewegungsunschärfe. Bei einem Rolling Shutter hingegen werden die Bilder unabhängig von den verwendeten Belichtungswerten aufgrund des inhärenten Rolling-Shutter-Artefakts unweigerlich verzerrt.
Was ist ein Rolling Shutter?
Im Gegensatz zu Global-Shutter-Kameras werden beim Rolling-Shutter-Modus der Kameras die Pixelreihen nacheinander belichtet, wobei zwischen den einzelnen Reihen ein zeitlicher Abstand besteht. Der Bildaufnahmeprozess beginnt mit der obersten Reihe, die mit der Lichtsammlung beginnt und die Belichtung abschließt, bevor sie zur nächsten Reihe weitergeht. Dieser sequentielle Ablauf führt zu einer Verzögerung der Start- und Endzeitpunkte der Lichtsammlung für jede aufeinanderfolgende Reihe. Bemerkenswert ist, dass die Gesamtzeit der Lichtsammlung für jede Reihe konstant bleibt.
Zur besseren Veranschaulichung betrachten wir ein Beispiel für einen Rolling Shutter in einem Bild mit einer Auflösung von 640 x 480. Der Belichtungsprozess beginnt mit der obersten Zeile der 480 Pixel und wird dann Zeile für Zeile fortgesetzt.
Was ist ein Global Reset Release Shutter?
Der Global Reset Release (GRR)-Verschluss ist eine Mischform zwischen Global Shutter und Rolling Shutter und vereint deren jeweilige Vorteile. GRR-Shutter-Kameras lösen die Belichtung für alle Sensorpixel gleichzeitig aus, ähnlich wie beim Global Shutter. Nach Abschluss der Belichtung gibt es jedoch einen zeitlichen Versatz (tRow) zwischen aufeinanderfolgenden Zeilen, ähnlich wie beim Rolling Shutter.
Die tRow-Werte stimmen mit denen von Rolling-Shutter-Kameras überein, auch wenn sie von Kameramodell zu Kameramodell variieren.
Bei Verwendung des GRR-Verschlusstyps muss unbedingt eine Blitzbeleuchtung eingesetzt werden. Andernfalls kann es zu erheblichen Helligkeitsunterschieden in den aufgenommenen Bildern kommen, die auf die unterschiedlichen Belichtungszeiten der einzelnen Reihen zurückzuführen sind. Außerdem kann es bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten zu Verzerrungen kommen, die durch zeitliche Verschiebungen aufgrund unterschiedlicher Belichtungszeiten zwischen den Reihen entstehen.
Um die Verwendung von Blitzlicht zu erleichtern, sind die meisten Kameras mit einem Blitzfenster-Ausgangssignal ausgestattet.
Rolling Shutter Effect
Der Unterschied zwischen einem Rolling-Shutter-Sensor und einem Global-Shutter-Sensor wird besonders bei dynamischen Bildaufnahmen deutlich. Wenn sich schnell bewegende Objekte mit einem Rolling-Shutter-Sensor aufgenommen werden, tritt der Rolling-Shutter-Effekt zutage. Im Gegensatz zu Global-Shutter-Sensoren, bei denen alle Pixel gleichzeitig belichtet werden, tastet ein Rolling-Shutter-Sensor jede Reihe von Sensorpixeln nacheinander ab. Wenn sich ein Objekt mit einer Geschwindigkeit bewegt, die die Belichtungs- und Auslesezeit des Bildsensors überschreitet, wird das resultierende Bild aufgrund des Rolling-Shutter-Effekts verzerrt. Dieses Phänomen wird gemeinhin als Rolling-Shutter-Effekt bezeichnet.
Rolling-shutter-effekt Bei Der Aufnahme Von Sich Drehenden Objekten
Bei der Aufnahme von sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Objekten im Rolling-Shutter-Modus kommt es häufig zu Verzerrungen und Shutter-Artefakten, wie in der Abbildung zu sehen ist.
Im oben genannten Vergleich zeigt das im Global-Shutter-Modus aufgenommene Bild die Form des Ventilatorflügels genau, während das gleiche Bild im Rolling-Shutter-Modus eine Verformung aufweist.
Rolling-shutter-effekt Bei Der Aufnahme Von Sich Linear Bewegenden Objekten
Bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten im Rolling-Shutter-Modus kommt es häufig zu Verzerrungen und Shutter-Artefakten, wie im folgenden Bild zu sehen ist.
Im obigen Vergleich wird das Objekt, das sich in linearer Richtung von links nach rechts bewegt, bei der Aufnahme im Global-Shutter-Modus genau in seiner Form festgehalten. Das im Rolling-Shutter-Modus aufgenommene Bild weist jedoch Rolling-Shutter-Effekte auf, die sich als horizontale Unschärfe manifestieren.
Geeignete Nutzung - Global Shutter Kamera und Rolling Shutter Kamera
Global-Shutter-Kameras werden häufig eingesetzt, um sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende Objekte ohne Artefakte oder Bewegungsunschärfe zu erfassen. Diese Kameras werden in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. bei der Ballverfolgung, der industriellen Automatisierung, bei Lagerrobotern, Drohnen und bei der Darstellung von lebenden Zellen. Andererseits zeichnen sich Rolling-Shutter-Sensoren durch ihre außergewöhnliche Empfindlichkeit aus, wodurch sie sich für kostengünstige Anwendungen eignen. Sie werden häufig für die Erfassung von sich langsam bewegenden Objekten wie landwirtschaftlichen Traktoren und langsam laufenden Förderbändern sowie für eigenständige Anwendungen wie Kioske und Barcode-Scanner eingesetzt.
Vor- und Nachteile von Global Shutter und Rolling Shutter
Die Global Shutter-Technologie bietet mehrere bemerkenswerte Vorteile gegenüber ihren Konkurrenten:
- Überragende Bildqualität: Global-Shutter-Kameras zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Bildqualität aus. Durch die gleichzeitige Erfassung des gesamten Bildes wird das Risiko von Bildverzerrungen oder Artefakten, die bei Rolling-Shutter-Kameras häufig auftreten, verringert.
- Geringere Verzerrung bei sich schnell bewegenden Objekten: Mit Global-Shutter-Kameras wird das Risiko von Verzerrungen bei Bildern von sich schnell bewegenden Objekten deutlich minimiert. Da sie das gesamte Bild auf einmal aufnehmen, gewährleisten sie eine genauere Darstellung des Motivs, frei von Verzerrungen, die durch Rolling-Shutter-Effekte entstehen.
- Erfassung von Hochgeschwindigkeitsereignissen: Global-Shutter-Kameras sind für die Erfassung von Hochgeschwindigkeitsereignissen mit unvergleichlicher Genauigkeit bestens gerüstet. Da sie die gesamte Szene gleichzeitig erfassen, ermöglichen sie eine präzise Dokumentation schneller Bewegungen und stellen sicher, dass keine entscheidenden Momente verpasst werden.
Hier sind die wichtigsten Nachteile der Global Shutter-Technologie:
- Höhere Kosten: Global-Shutter-Kameras sind im Vergleich zu ihren Rolling-Shutter-Pendants oft teurer. Die fortschrittliche Technologie und die präzise Synchronisation, die für die gleichzeitige Belichtung erforderlich sind, tragen zu den höheren Kosten bei.
- Längere Auslesezeiten: Global-Shutter-Kameras haben längere Auslesezeiten bei der Übertragung von Ladungen vom Bildsensor. Dies kann bei Anwendungen, die hohe Bildwiederholraten erfordern, zu Einschränkungen führen, da es die Fähigkeit der Kamera beeinträchtigen kann, schnelle Sequenzen effektiv zu erfassen.
- Begrenzte Verfügbarkeit: Global-Shutter-Kameras bieten zwar einzigartige Vorteile, sind aber auf dem Markt nicht so weit verbreitet wie Rolling-Shutter-Kameras. Diese begrenzte Verfügbarkeit kann die Suche nach bestimmten Modellen oder Optionen, die Ihren speziellen Anforderungen entsprechen, erschweren.
- Geringere Lichtempfindlichkeit: Global Shutter-Kameras können im Vergleich zu Rolling Shutter-Kameras eine geringere Lichtempfindlichkeit aufweisen. Dies kann zu Einschränkungen bei der Aufnahme von Bildern bei schlechten Lichtverhältnissen führen, da die Fähigkeit der Kamera, ausreichend Licht für eine optimale Belichtung zu sammeln, beeinträchtigt sein kann.
Vor- und Nachteile von Rolling Shutter
die wichtigsten vorteile von rolling-shutter-kameras sind die folgenden
- Kosteneffiziente Lösung: Rolling-Shutter-Kameras bieten in Bezug auf die Kosten einen überzeugenden Vorteil. Im Vergleich zu Global-Shutter-Kameras sind sie in der Regel preisgünstiger und weithin zugänglich, was sie zu einer kostengünstigen Option für verschiedene Anwendungen macht.
- Kurze Auslesezeiten: Rolling-Shutter-Kameras zeichnen sich durch eine schnelle Ladungsauslesung aus dem Bildsensor aus. Durch diesen schnelleren Prozess können sie hohe Bildraten effizient erfassen und eignen sich daher besonders für Anwendungen, die eine schnelle Bildaufnahme erfordern, wie z. B. rasante Action- oder Sportfotografie.
- Verbesserte Energieeffizienz: Wenn es um den Stromverbrauch geht, glänzen Rolling-Shutter-Kameras in Sachen Energieeffizienz. Sie haben in der Regel einen geringeren Strombedarf, was sie zu einer umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Wahl für eine längere Nutzung oder für batteriebetriebene Setups macht.
Die Hauptnachteile Von Rolling Shutter Sind Die Folgenden:
- Bedenken in Bezug auf die Bildqualität: Rolling-Shutter-Kameras können im Vergleich zu Global-Shutter-Kameras eine schlechtere Bildqualität liefern. Die sequenzielle Aufnahme des Bildes kann zu Verzerrungen oder Artefakten führen, die sich auf die Klarheit und Wiedergabetreue des Gesamtbildes auswirken.
- Verzerrungen bei sich schnell bewegenden Objekten: Ein bemerkenswerter Nachteil von Rolling-Shutter-Kameras ist die Gefahr von Verzerrungen bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten. Da das Bild zu unterschiedlichen Zeiten über den Bildsensor aufgenommen wird, können sich bewegende Objekte im endgültigen Bild verzerrt oder gestreckt erscheinen, was der beabsichtigten visuellen Darstellung abträglich ist.
- Herausforderungen bei der Erfassung von Hochgeschwindigkeitsereignissen: Rolling-Shutter-Kameras können bei der präzisen Erfassung von Hochgeschwindigkeitsereignissen auf Schwierigkeiten stoßen. Die längere Belichtungszeit, die für die sequenzielle Bildaufnahme erforderlich ist, erhöht die Wahrscheinlichkeit von Bewegungsunschärfe oder einer unvollständigen Darstellung von sich schnell bewegenden Motiven, was ihre Effektivität in Szenarien einschränkt, die eine präzise Dokumentation von schnellen Aktionen erfordern.
- Eingeschränkte Anwendbarkeit in bestimmten Bereichen: Die Nachteile von Rolling-Shutter-Kameras können ihre Eignung für bestimmte Anwendungen einschränken. In Bereichen, die strenge Anforderungen an die Bildqualität stellen, wie z. B. die wissenschaftliche Bildgebung oder die Fotografie mit hohen Verschlusszeiten, sind Rolling-Shutter-Kameras für ihre spezifischen Anforderungen möglicherweise weniger geeignet.
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