工業(yè)相機(jī)三種曝光方式總覽

本文將詳細(xì)解析三種電子曝光方式的工作機(jī)制、時(shí)序區(qū)別、優(yōu)缺點(diǎn)、適用場(chǎng)景與調(diào)參要點(diǎn)一次講透。

1.全局曝光（Global Shutter）

2.卷簾曝光（Rolling Shutter）

3.全局復(fù)位釋放曝光（Global Reset Shutter, GRR）

 全局快門(Global Shutter)

 定義與工作原理

整塊像素同時(shí)開始、同時(shí)結(jié)束曝光；隨后再統(tǒng)一或并行讀出。這樣每幀就是“同一時(shí)刻”的快照。這在使用硬件觸發(fā)器將相機(jī)曝光與光源激活同步時(shí)非常有利，因?yàn)槠毓馐峭瑫r(shí)在傳感器上進(jìn)行的。

工程含義：

●對(duì)運(yùn)動(dòng)魯棒：無傾斜/果凍，適合高速運(yùn)動(dòng)定位、尺寸測(cè)量、條碼物流等在線檢測(cè)。

●讀出/功耗/成本：像素電路更復(fù)雜，讀噪與極限幀率常不如RS同代產(chǎn)品；但在機(jī)器視覺里，這是換來的“時(shí)域一致性”。

GS時(shí)序里所有行同起同止，之后才讀出；亮度更均勻、運(yùn)動(dòng)模糊最小。

3. Rolling Shutter（卷簾快門）

定義與工作原理

逐行依次啟動(dòng)曝光與讀出；每行積分長(zhǎng)度都等于你設(shè)定的曝光時(shí)間 T，但不同行的起始時(shí)刻相差行時(shí)間 t_row，從而在幀掃描時(shí)間 t_scan 內(nèi)“時(shí)間是傾斜的”。

? 工程含義：

●可能的畸變：高速運(yùn)動(dòng)或頻閃下會(huì)出現(xiàn)傾斜/彎曲/果凍等 RS 偽影；行時(shí)間越短、行數(shù)越少（或ROI越?。┰讲幻黠@。

●優(yōu)勢(shì)：同工藝下成本低、像素密度/靈敏度/幀率容易做高，民用與不少工業(yè)應(yīng)用因此大量選用。

相機(jī)傳感器在曝光時(shí)會(huì)逐行讀出數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)沿著相機(jī)傳感器行“滾動(dòng)”，這就是這種方法稱為滾動(dòng)快門的原因。讀出每一行都需要一定的時(shí)間（例如 10 μs），稱為“行時(shí)間”，這意味著生成的圖像在每行之間都有很小的時(shí)間延遲。如果帶有滾動(dòng)快門的相機(jī)有 2048 行（例如典型的 2048 x 2048 CMOS 傳感器），則意味著最上面一行在時(shí)間 0 時(shí)讀出，而最下面一行在 2.048 ms 后讀出（10 μs 乘以 2048 行），這稱為“幀時(shí)間”。這個(gè)微小的時(shí)間延遲會(huì)在大型傳感器上累加，在對(duì)非?？斓臉颖具M(jìn)行成像時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。

Global Reset Shutter（全局復(fù)位快門）

定義與工作原理

所有行同時(shí)開始曝光（全局復(fù)位/Global Reset），但結(jié)束曝光與讀出仍然逐行（像滾動(dòng)一樣）。這樣能顯著降低RS的幾何畸變。

副作用與對(duì)策：

●因?yàn)榈撞啃懈斫Y(jié)束，同幀內(nèi)曝光長(zhǎng)度從上到下逐漸變長(zhǎng)，可能出現(xiàn)由上到下的亮度漸變（shading）。

●配合頻閃/脈沖光：把光只打在“所有行都在積分”的重疊區(qū)，可消除梯度，達(dá)到“接近全局曝光”的效果（有廠商稱 pseudo/global reset release）。

多家工業(yè)相機(jī)都提供“Rolling + Global Reset”工作方式與觸發(fā)引腳來配閃光。