Roulant Obturateur vs Global Obturateur
Global obturateur est utilisé pour capturer des objets en mouvement, tandis que roulant obturateur est utilisé pour capturer des images fixes. Un roulant obturateur caméra est moins cher, surtout pour des résolutions supérieures à 1,6 Mégapixel. Par exemple, notre roulant obturateur caméra de 12MP coûte environ 200 euros : MER2-1220-32U3C. En revanche, notre global obturateur de 12MP coûte environ 1000 euros : ME2P-1230-23U3C. Un Global obturateur a des pixels plus grands, donc un capteur plus grand qu'un roulant obturateur caméra. En conséquence, un global obturateur caméra est plus sensible à la lumière et produit des images plus nettes.
Exposition et Obturateur
Le temps d'exposition est une période où le obturateur passe de l'ouverture à la fermeture. Pendant cette période, la lumière expose l'array photosensible de la puce et l'effet photoélectrique se produit. Après cela, des charges photoélectriques sont produites. Par la transformation A/D, la valeur en niveaux de gris de chaque pixel est affichée. Sous une certaine intensité lumineuse, plus le obturateur reste ouvert longtemps, plus le temps d'exposition est long, plus l'image est lumineuse. Un long temps d'exposition peut montrer la trajectoire d'objets en mouvement lent sur une image. Un court temps d'exposition peut enregistrer les choses plus précisément.
Avec le développement de la technologie, le film a progressivement cédé la place à la puce, et la méthode de contrôle du obturateur passe également d'un contrôle mécanique à un contrôle électrique. Lors de l'utilisation du mode de contrôle électrique, une nouvelle exposition commence lorsque la charge de l'unité photoélectrique est complètement vidée. Lorsque la charge de l'unité photoélectrique est transférée, l'exposition se termine.
Pour le capteur CCD/CMOS à obturation globale, la caméra commence et arrête l'exposition de tous les pixels d'une matrice simultanément. Mais pour les capteurs CMOS à obturation roulante , la caméra n'expose qu'une ligne à la fois, puis passe à la deuxième ligne, etc. Elle lit une ligne à la fois, au moment où elle lit la ligne suivante, l'objet a bougé.
Le principe de fonctionnement de l'obturateur global et de l'obturateur roulant
Un processus d'exposition complet est divisé en 4 étapes : réinitialisation, intégration, opération de mémoire et lecture. Comme le montre la figure 3 suivante :
● Temps de réinitialisation : également appelé obturateur. Cette phase est utilisée pour vider la charge dans l'unité photoélectrique et pour s'assurer que l'obturateur électronique est ouvert.
● Intégration du timing : également appelé timing d'exposition. A ce stade, la conversion photoélectrique se produit et les photoélectrons sont produits
● Fonctionnement mémoire : à ce stade, les photoélectrons sont décalés de la cellule photoélectrique
● Minutage de lecture : à ce stade, les données de pixels sont transférées
La différence entre obturateur global et obturateur roulant est de savoir si le timing de l'exposition est exactement le même dans les différentes lignes de l'image.
Obturateur Global
Comme montré dans la figure suivante : en mode obturateur global, chaque pixel du capteur commence et termine l'exposition simultanément, nécessitant ainsi une grande quantité de mémoire. L'image entière peut être stockée dans la mémoire après la fin de l'exposition et peut être lue progressivement. Le processus de fabrication du capteur est relativement complexe et le prix est relativement élevé. L'avantage est qu'il peut capturer des objets en mouvement à grande vitesse sans distorsion, et l'application est plus étendue.
Obturateur Roulant
En mode obturateur roulant, différentes lignes de l'array sont exposées à des moments différents alors que l'onde de lecture balaie le capteur. Cela est illustré dans la figure suivante : la première ligne s'expose en premier, et après un temps de lecture, la deuxième ligne commence son exposition, et ainsi de suite. Ainsi, chaque ligne se lit et ensuite la ligne suivante peut être lue. Chaque pixel de l'obturateur roulant n'a besoin que de deux transistors pour transporter les électrons, produisant ainsi moins de chaleur et peu de bruit. Comparé au capteur global obturateur, la structure du capteur roulant obturateur est plus simple et moins coûteuse. Cependant, chaque ligne n'est pas exposée en même temps, ce qui produira une distorsion lors de la capture d'objets en mouvement rapide.
Exposition et Obturateur
Avec le développement de la technologie, le film a progressivement cédé la place à la puce, et la méthode de contrôle du obturateur passe également d'un contrôle mécanique à un contrôle électrique. Lors de l'utilisation du mode de contrôle électrique, une nouvelle exposition commence lorsque la charge de l'unité photoélectrique est complètement vidée. Lorsque la charge de l'unité photoélectrique est transférée, l'exposition se termine.
Pour le capteur CCD/CMOS à obturation globale, la caméra commence et arrête l'exposition de tous les pixels d'une matrice simultanément. Mais pour les capteurs CMOS à obturation progressive, la caméra n'expose qu'une ligne à la fois, puis passe à la deuxième ligne, etc. Elle lit une ligne à la fois ; au moment où elle lit la ligne suivante, l'objet a bougé.
Le principe de fonctionnement de l'global obturateur et de l'roulant obturateur
● Temps de réinitialisation : également appelé obturateur. Cette phase est utilisée pour vider la charge dans l'unité photoélectrique et pour s'assurer que l'obturateur électronique est ouvert.
● Intégration du timing : également appelé timing d'exposition. A ce stade, la conversion photoélectrique se produit et les photoélectrons sont produits
● Fonctionnement mémoire : à ce stade, les photoélectrons sont décalés de la cellule photoélectrique
● Minutage de lecture : à ce stade, les données de pixels sont transférées
La différence entre global obturateur et roulant obturateur est de savoir si le timing d'exposition est exactement le même dans les différentes lignes de l'image.
Global Obturateur
Roulant Obturateur
1. Quel est le problème ?
● Lors de la capture d'objets en mouvement à grande vitesse, la distorsion se produit facilement en mode roulant obturateur. Cela est visible dans la Figure 6 : En capturant le ventilateur en course à grande vitesse, les images des capteurs à global obturateur et des capteurs à roulant obturateur sont montrées dans l'image de gauche et l'image de droite. L'image de gauche peut restaurer parfaitement la forme de la pale du ventilateur, mais l'image de droite est déformée.
● Lors de la capture d'objets avec des variations de luminosité, des bandes horizontales avec une luminosité inégale peuvent apparaître en mode roulant obturateur. Cela est illustré dans la figure 7 suivante. Nous avons réglé le temps d'exposition à 5 ms et capturons les objets intérieurs sous le lampadaire fluorescent (en retirant la objectif ) avec un capteur à global obturateur et un capteur à roulant obturateur respectivement. L'image de droite présente des ondulations d'eau claires en arrière-plan, tandis que l'arrière-plan de l'image de gauche est relativement uniforme. Cela est dû à la fréquence du lampadaire fluorescent qui est de 50 Hz, la période est de 10 ms (une période de valeur absolue). Le temps d'exposition de 5 ms peut tomber dans la plage plus lumineuse, et peut également tomber dans la plage plus sombre. Pour le capteur à roulant obturateur, chaque ligne de l'array expose à des moments différents. Par conséquent, des bandes de variations lumineuses et sombres apparaissent dans l'image. Pour le capteur à global obturateur, toutes les lignes du capteur commencent et terminent l'exposition simultanément, aucune bande n'apparaîtra.
2. Comment cela est-il arrivé ?
3. Comment l'éviter ?
La figure 9 montre ce qui suit. Le stroboscope est le signal de flash émis par la caméra. Lorsque le signal du stroboscope est élevé, le stroboscope clignote (parfois, lorsque le signal du stroboscope est faible, le stroboscope clignote). Lorsque le stroboscope clignote, toutes les lignes s'exposent en même temps, donc l'image n'a pas de distorsion.
Il y a plusieurs aspects à prendre en compte lors de l'utilisation de la fonction de flash synchronisé avec le capteur roulant obturateur :
● Notez qu'avec tout le temps d'exposition doté d'une sortie de signal stroboscopique, lorsque le temps d'exposition est trop court et que le temps de lecture est trop long, toutes les lignes n'ont pas d'exposition qui se chevauchent. Il n'y a pas de sortie de signal stroboscopique et le stroboscope ne clignote pas.
● Lorsque la durée du flash stroboscopique est plus courte que la durée d'exposition
● Lorsque le temps de sortie du signal stroboscopique est trop court (niveau µs), les performances de certains stroboscopes ne peuvent pas répondre aux exigences du commutateur haute vitesse, de sorte que le stroboscope ne peut pas capter le signal stroboscopique
1. Quel est le problème ?
La différence en imagerie entre le capteur à global et le capteur à roulant se reflète principalement dans l'acquisition d'images dynamiques :
● Lors de la capture d'objets en mouvement à grande vitesse, la distorsion se produit facilement en mode obturateur roulant. Cela est visible dans la Figure 6 : En capturant le ventilateur en course à grande vitesse, les images des capteurs à obturateur global et des capteurs à obturateur roulant sont montrées dans l'image de gauche et l'image de droite. L'image de gauche peut restaurer parfaitement la forme de la pale du ventilateur, mais l'image de droite est déformée.
● Lors de la capture d'objets avec des variations de luminosité, des bandes horizontales avec une luminosité inégale peuvent apparaître en mode obturateur roulant. Cela est illustré dans la figure 7 suivante. Nous avons réglé le temps d'exposition à 5 ms et capturons les objets intérieurs sous le lampadaire fluorescent (en retirant la objectif ) avec un capteur à obturateur global et un capteur à obturateur roulant respectivement. L'image de droite présente des ondulations d'eau claires en arrière-plan, tandis que l'arrière-plan de l'image de gauche est relativement uniforme. Cela est dû à la fréquence du lampadaire fluorescent qui est de 50 Hz, la période est de 10 ms (une période de valeur absolue). Le temps d'exposition de 5 ms peut tomber dans la plage plus lumineuse, et peut également tomber dans la plage plus sombre. Pour le capteur à roulant obturateur, chaque ligne de l'array expose à des moments différents. Par conséquent, des bandes de variations lumineuses et sombres apparaissent dans l'image. Pour le capteur à obturateurglobal, toutes les lignes du capteur commencent et terminent l'exposition simultanément, aucune bande n'apparaîtra.
2. Comment cela est-il arrivé ?
La séquence d'images suivante peut interpréter le processus d'imagerie d'un capteur à obturateur roulant capturant un chien en course. Le chien court de droite à gauche. Lorsque la première ligne commence l'exposition, la tête du chien entre juste dans le cadre. Lorsque la dernière ligne commence l'exposition, le chien est presque hors du cadre. À chaque ligne exposée, le chien est à une position différente, donc l'image finale montre un chien 'divisé'.
3. Comment l'éviter ?
Si la vitesse de déplacement n'est pas si élevée et que la luminosité varie lentement, le problème discuté ci-dessus a peu d'impact sur l'image. En général, utiliser un capteur à obturateur global au lieu d'un capteur à obturateur roulant est la méthode la plus fondamentale et efficace dans les applications à grande vitesse. Cependant, dans certaines applications sensibles au coût ou au bruit, vous pouvez utiliser le flash pour atténuer les effets. Cela est également possible lorsque vous devez utiliser un capteur à obturateur roulant.
La figure 9 montre ce qui suit. Le stroboscope est le signal de flash émis par la caméra. Lorsque le signal du stroboscope est élevé, le stroboscope clignote (parfois, lorsque le signal du stroboscope est faible, le stroboscope clignote). Lorsque le stroboscope clignote, toutes les lignes s'exposent en même temps, donc l'image n'a pas de distorsion.
Il y a plusieurs aspects à prendre en compte lors de l'utilisation de la fonction de flash synchronisé avec le capteur à obturateur roulant:
● Notez qu'avec tout le temps d'exposition doté d'une sortie de signal stroboscopique, lorsque le temps d'exposition est trop court et que le temps de lecture est trop long, toutes les lignes n'ont pas d'exposition qui se chevauchent. Il n'y a pas de sortie de signal stroboscopique et le stroboscope ne clignote pas.
● Lorsque la durée du flash stroboscopique est plus courte que la durée d'exposition
● Lorsque le temps de sortie du signal stroboscopique est trop court (niveau µs), les performances de certains stroboscopes ne peuvent pas répondre aux exigences du commutateur haute vitesse, de sorte que le stroboscope ne peut pas capter le signal stroboscopique
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