Rolling Shutter ist eine Methode zur Bildaufnahme, bei der ein Standbild (in einer Fotokamera) oder jedes Einzelbild eines Videos (in einer Videokamera) erfasst wird, und zwar nicht durch die Aufnahme eines Schnappschusses der gesamten Szene zu einem einzigen Zeitpunkt, sondern durch die Aufnahme eines Schnappschusses der gesamten Szene zu einem bestimmten Zeitpunkt vielmehr durch schnelles Scannen der Szene, entweder vertikal oder horizontal. Mit anderen Worten: Nicht alle Teile des Bildes der Szene werden genau zum gleichen Zeitpunkt aufgenommen. (Während der Wiedergabe wird jedoch das gesamte Bild der Szene auf einmal angezeigt, als würde es einen einzelnen Zeitpunkt darstellen.) Dies führt zu vorhersehbaren Verzerrungen sich schnell bewegender Objekte oder schneller Lichtblitze. Dies steht im Gegensatz zum „Global Shutter“, bei dem das gesamte Bild im selben Moment erfasst wird. Der „Rolling Shutter“ kann entweder mechanisch oder elektronisch sein. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass der Bildsensor während des Aufnahmevorgangs weiterhin Photonen sammeln kann, wodurch die Empfindlichkeit effektiv erhöht wird. Es ist bei vielen digitalen Foto- und Videokameras mit CMOS-Sensoren zu finden. Der Effekt macht sich am deutlichsten bemerkbar, wenn man extreme Bewegungsbedingungen oder schnelle Lichtblitze abbildet.
Globaler Verschluss
Global-Shutter-ModusIn einem Bildsensor können alle Pixel des Sensors während der programmierten Belichtungsdauer bei jeder Bildaufnahme gleichzeitig mit der Belichtung beginnen und die Belichtung stoppen. Nach Ablauf der Belichtungszeit beginnt das Auslesen der Pixeldaten und geht Zeile für Zeile weiter, bis alle Pixeldaten gelesen wurden. Dadurch entstehen verzerrungsfreie Bilder ohne Wackeln oder Verzerrung. Global-Shutter-Sensoren werden typischerweise zur Erfassung sich schnell bewegender Objekte verwendet.It kann mit herkömmlichen Objektivverschlüssen in analogen Filmkameras verglichen werden. Wie die Iris im menschlichen Auge ähneln sie der Objektivöffnung und sind wahrscheinlich das, was Sie im Sinn haben, wenn Sie an Fensterläden denken.
Der Verschluss soll sich beim Auslösen blitzschnell öffnen und am Ende der Belichtungszeit sofort wieder schließen. Zwischen dem Öffnen und Schließen wird der Filmabschnitt, in dem das Bild aufgenommen wird, auf einmal vollständig belichtet (Globalbelichtung).
Wie in der folgenden Abbildung dargestellt: Im Global-Shutter-Modus beginnt und beendet jedes Pixel im Sensor die Belichtung gleichzeitig, daher wird viel Speicher benötigt, das gesamte Bild kann nach Beendigung der Belichtung im Speicher abgelegt und ausgelesen werden schrittweise. Der Herstellungsprozess des Sensors ist relativ komplex und der Preis relativ hoch, aber der Vorteil besteht darin, dass er sich schnell bewegende Objekte ohne Verzerrung erfassen kann und die Anwendung umfangreicher ist.
Global-Shutter-Kameras werden in Anwendungen wie Ballverfolgung, industrieller Automatisierung, Lagerrobotern und Drohnen eingesetzt,Verkehrsüberwachung,Gestenerkennung,AR&VRusw.
Rolling-Shutter
Rolling-Shutter-ModusIn einer Kamera werden die Pixelreihen nacheinander belichtet, mit einem zeitlichen Versatz von einer Reihe zur nächsten. Zunächst fängt die obere Bildreihe an, das Licht zu sammeln und beendet es. Dann beginnt die nächste Reihe, Licht zu sammeln. Dies führt zu einer Verzögerung der End- und Startzeit der Lichtsammlung für aufeinanderfolgende Reihen. Die gesamte Lichtsammelzeit für jede Reihe ist genau gleich. Im Rolling-Shutter-Modus werden verschiedene Zeilen des Arrays zu unterschiedlichen Zeiten belichtet, während die ausgelesene „Welle“ durch den Sensor läuft, wie in der folgenden Abbildung dargestellt: die erste Zeile Zuerst wird belichtet, und nach einer Auslesezeit beginnt die zweite Zeile mit der Belichtung und so weiter. Es wird also jede Zeile vorgelesen und dann kann die nächste Zeile gelesen werden. Der Rolling-Shutter-Sensor benötigt für jede Pixeleinheit nur zwei Transistoren zum Elektronentransport, wodurch weniger Wärme entsteht und das Rauschen gering ist. Im Vergleich zum Global-Shutter-Sensor ist der Aufbau des Rolling-Shutter-Sensors einfacher und kostengünstiger. Da aber nicht jede Zeile gleichzeitig belichtet wird, kommt es bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten zu Verzerrungen.
Die Rolling-Shutter-Kamerawird hauptsächlich zum Erfassen sich langsam bewegender Objekte wie landwirtschaftlicher Traktoren, langsam laufender Förderbänder und eigenständiger Anwendungen wie Kioske, Barcode-Scanner usw. verwendet.
WIE VERMEIDEN?
Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit nicht so hoch ist und die Helligkeit langsam variiert wird, hat das oben diskutierte Problem kaum Auswirkungen auf das Bild. Normalerweise ist die Verwendung eines Global-Shutter-Sensors anstelle eines Rolling-Shutter-Sensors die grundlegendste und effektivste Methode bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Bei einigen kosten- oder geräuschempfindlichen Anwendungen oder wenn der Benutzer aus anderen Gründen einen Rolling-Shutter-Sensor verwenden muss, kann er jedoch den Blitz verwenden, um die Auswirkungen abzumildern. Bei der Verwendung der Synchronblitzfunktion mit dem Rolling-Shutter-Sensor müssen mehrere Aspekte beachtet werden:● Nicht bei allen Belichtungszeiten, bei denen ein Strobe-Signal ausgegeben wird. Wenn die Belichtungszeit zu kurz und die Auslesezeit zu lang ist, haben alle Zeilen keine überlappende Belichtung, es wird kein Strobe-Signal ausgegeben und der Strobe blinkt nicht● Wenn die Dauer des Stroboskopblitzes kürzer als die Belichtungszeit ist● Wenn die Ausgabezeit des Strobe-Signals zu kurz ist (μs-Pegel), kann die Leistung einiger Strobe-Geräte die Anforderungen an Hochgeschwindigkeitsschalter nicht erfüllen, sodass das Strobe-Gerät das Strobe-Signal nicht empfangen kann
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 20. November 2022
