Як Global Shutters зменшують артефакти руху

Розуміння ролетних ставень та їх обмежень

Щоб повною мірою оцінити переваги глобальних віконниць, важливо розуміти обмеження її більш поширеного аналога: ролетних воріт. Ролети експонують різні частини датчика зображення в різний час. Це послідовне сканування може призвести до кількох типів артефактів руху.

• ✔️ Перекіс: прямі лінії виглядають нахиленими або вигнутими, коли камера або об’єкт рухається горизонтально.
• ✔️ Коливання (ефект желе): здається, що зображення коливається або спотворюється, особливо під час вібрації або швидких рухів.
• ✔️ Часткова експозиція: об’єкти, що швидко рухаються, можна лише частково зафіксувати в одному кадрі.

Ці артефакти виникають через те, що верхня частина зображення знята в дещо інший час, ніж нижня. Незважаючи на те, що рольставні часто є економічно ефективнішими та легшими у застосуванні, вони погіршують точність зображення в динамічних сценах.

Перевага глобального затвора: зйомка всієї сцени одразу

Глобальні віконниці вирішують проблеми, властиві ролетним віконницям, експонуючи весь датчик зображення одночасно. Це означає, що кожен піксель на зображенні піддається впливу світла протягом однакової тривалості та в той самий час. Це усуває часові відмінності, які викликають артефакти руху.

Принцип роботи глобального затвора включає в себе кілька основних етапів:

• ✔️ Передача заряду: кожен піксель накопичує заряд, пропорційний кількості світла, яке він отримує.
• ✔️ Одночасне зчитування: усі пікселі зчитуються одночасно, роблячи знімок усієї сцени.
• ✔️ Скидання: пікселі скидаються, готові до наступної експозиції.

Захоплюючи все зображення в один синхронізований момент, глобальні затвори забезпечують справжнє відображення сцени без спотворень, спричинених рухом.

Програми, що отримують вигоду від Global Shutters

Переваги глобальних затворів роблять їх незамінними в широкому діапазоні застосувань, де точне захоплення зображення є критичним.

Машинний зір

У системі машинного зору глобальні затвори мають вирішальне значення для перевірки рухомих частин на виробничій лінії. Відсутність артефактів руху забезпечує точні вимірювання та надійне виявлення дефектів. Це призводить до покращення контролю якості та підвищення ефективності.

Робототехніка

Роботи покладаються на візуальні дані для навігації та взаємодії з навколишнім середовищем. Глобальні жалюзі дозволяють роботам точно сприймати динамічні сцени та реагувати на них, підвищуючи їх точність і чутливість. Це особливо важливо в таких додатках, як автономні транспортні засоби та автоматизація складів.

Віртуальна реальність (VR) і доповнена реальність (AR)

Системи віртуальної реальності та доповненої реальності потребують низької затримки та високоякісних візуальних даних. Глобальні шторки мінімізують артефакти руху, які можуть спричинити дискомфорт або дезорієнтацію користувача, підвищуючи ефект занурення. Точне відстеження та рендеринг необхідні для реалістичних і привабливих додатків VR/AR.

Спортивне мовлення

Для зйомки швидкоплинних спортивних подій потрібні камери, які мінімізують розмиття та спотворення руху. Глобальні шторки дозволяють мовникам надавати чіткі та чіткі зображення спортивних подій, покращуючи враження від перегляду для аудиторії.

Наукова візуалізація

У наукових дослідженнях точні та достовірні дані мають першочергове значення. Глобальні шторки використовуються в мікроскопії, високошвидкісному зображенні та інших наукових програмах для отримання точних зображень явищ, що швидко змінюються. Це дозволяє дослідникам аналізувати та розуміти складні процеси з більшою точністю.

Сенсори CMOS і технологія Global Shutter

Комплементарні датчики метал-оксид-напівпровідник (CMOS) набувають все більшого поширення в цифрових зображеннях. У той час як у перших датчиках CMOS переважно використовувалися рольставні, прогрес у технології дозволив інтегрувати можливості глобальних затворів у конструкції CMOS. Це призвело до більш широкого застосування глобальних штор у різних програмах.

Датчики CMOS із глобальним затвором мають кілька переваг:

• ✔️ Висока швидкість: технологія CMOS забезпечує високу швидкість зчитування, уможливлюючи високу швидкість зображення з глобальними затворами.
• ✔️ Низьке енергоспоживання: сенсори CMOS відомі своєю енергоефективністю, що робить їх придатними для пристроїв, що живляться від батарейок.
• ✔️ Компактний розмір: сенсори CMOS можна виготовити в невеликих розмірах, що робить їх ідеальними для вбудованих систем зору.

Розвиток CMOS-датчиків глобального затвора значно розширив доступність і застосовність цієї технології.

Фактори, які слід враховувати при виборі камери з глобальним затвором

Вибір правильної камери з глобальним затвором передбачає розгляд кількох ключових факторів, щоб переконатися, що вона відповідає конкретним вимогам програми.

• ✔️ Роздільна здатність: роздільна здатність датчика визначає рівень деталізації зображення. Вища роздільна здатність необхідна для програм, які вимагають дрібних деталей.
• ✔️ Частота кадрів: частота кадрів вказує, скільки зображень камера може зробити за секунду. Вища частота кадрів необхідна для зйомки об’єктів або подій, що швидко рухаються.
• ✔️ Розмір датчика: розмір датчика впливає на поле зору та кількість світла, що захоплюється. Більші датчики зазвичай забезпечують кращу якість зображення, особливо в умовах слабкого освітлення.
• ✔️ Розмір пікселя: розмір пікселя впливає на чутливість і динамічний діапазон датчика. Більші пікселі, як правило, більш чутливі до світла.
• ✔️ Інтерфейс: інтерфейс камери (наприклад, USB, Ethernet, Camera Link) визначає спосіб підключення камери до головної системи та швидкість передачі даних.

Ретельна оцінка цих факторів допоможе вам вибрати камеру з глобальним затвором, яка забезпечує оптимальну продуктивність для ваших конкретних потреб.

Майбутнє глобальної технології затворів

Глобальна технологія затворів продовжує розвиватися завдяки прогресу в дизайні датчиків і виробничих процесах. Дослідники шукають нові шляхи покращення продуктивності та зниження вартості глобальних датчиків затвора, роблячи їх ще доступнішими для широкого кола застосувань.

Майбутні тенденції глобальної технології жалюзі включають:

• ✔️ Вища роздільна здатність: безперервне вдосконалення сенсорних технологій забезпечить ще більшу роздільну здатність глобальних датчиків затвора.
• ✔️ Покращена чутливість: дослідники працюють над підвищенням чутливості глобальних датчиків затвора, дозволяючи їм краще працювати в умовах слабкого освітлення.
• ✔️ Менші розміри пікселів: зменшення розмірів пікселів дозволить розробити більш компактні глобальні датчики затвора з вищою роздільною здатністю.
• ✔️ Інтеграція зі штучним інтелектом і машинним навчанням: глобальні затворні камери все більше інтегруються з алгоритмами штучного інтелекту та машинного навчання, щоб забезпечити розширену обробку та аналіз зображень.

Ці досягнення ще більше розширять можливості та застосування глобальної технології затвора, зробивши її ще більш важливим інструментом для зйомки точних і надійних зображень у динамічному середовищі.

Висновок

Глобальні затвори відіграють важливу роль у зменшенні артефактів руху та забезпеченні точного захоплення зображення. Їх здатність одночасно експонувати весь датчик зображення усуває спотворення, спричинені ролетними віконницями, що робить їх необхідними для застосувань, які вимагають точності та точності. Оскільки технології продовжують розвиватися, глобальні жалюзі стануть ще потужнішими та універсальнішими, створюючи нові можливості в різних сферах.

Від машинного бачення до VR/AR, переваги глобальної технології затвора незаперечні. Розуміння його принципів і застосувань має вирішальне значення для тих, хто працює з камерами та системами обробки зображень, щоб забезпечити максимальну чіткість і точність зображення.

FAQ

Що таке глобальний затвор?

Глобальний затвор – це тип затвора, який одночасно експонує весь датчик зображення камери, захоплюючи всі пікселі в той самий момент часу.

Чим глобальні ролети відрізняються від рулонних?

На відміну від рулонного затвора, який експонує датчик рядок за рядком, глобальний затвор експонує всі пікселі одночасно, усуваючи артефакти руху, викликані часовими відмінностями.

Що таке артефакти руху?

Артефакти руху — це спотворення зображень, спричинені рухом під час процесу захоплення зображення, наприклад перекіс, коливання та часткова експозиція.

У яких програмах зазвичай використовуються глобальні жалюзі?

Глобальні затвори використовуються в таких програмах, як машинне зір, робототехніка, віртуальна реальність/доповнена реальність, спортивні трансляції та наукові зображення, де точне захоплення рухомих об’єктів має вирішальне значення.

Які переваги використання глобального затвора?

Основні переваги включають усунення артефактів руху, покращену чіткість зображення та більш точне представлення динамічних сцен.

Чи глобальні затворні камери дорожчі за рулонні камери?

Як правило, камери з глобальними затворами, як правило, дорожчі, ніж камери з рухомими затворами через складнішу конструкцію сенсора та виробничий процес.

Чи можуть датчики CMOS мати глобальні затвори?

Так, прогрес у технології дозволив інтегрувати можливості глобального затвора в сенсори CMOS, зробивши їх більш доступними.

Які фактори слід враховувати при виборі камери з глобальним затвором?

Ключові фактори, які слід враховувати, включають роздільну здатність, частоту кадрів, розмір датчика, розмір пікселя та інтерфейс, залежно від конкретних вимог вашої програми.