• 快门图像传感器技术


    快门主要用来控制摄像头传感器的有效曝光时间。一般而言快门的时间范围越大越好。若想抓到急速移动的物体,就需要快门速度越快越好。而若需要看到夜晚的车水马龙,就需要快门时间越长越好。

    图像传感器的作用是将光信号转换为电信号,信号随后由图像信号处理器等处理为照片或视频。CMOS图像传感器有两种快门方式,卷帘快门(rolling shutter)和全局快门(global shutter)

    Rolling shutter: Pixel并不在同一时间曝光,而是采用逐行曝光的方式,从而导致一帧图像内每行曝光时间的起始点有差异。



    Global Shutter: 可以允许所有的pixel在同一时间开始和结束曝光,曝光结束后再顺序读出。因为所有Pixel曝光的时间都在同一时间点,不会有时间差,所以不会出现拍摄快速运动物体时的果冻效应。

     

     

    rolling shutter不同,评价global shutter sensor有一个重要的参数Parasitic Light Sensitivity (PLS) 代表了当shutter结束之后,sensor的光敏感度。这个值通常用dB表示,越小越好。

    两张图可以介绍这两种技术

    Rolling Shutter对它进行逐行扫描,成像结果如右图。面对一个运动中的物体,Rolling Shutter是一行一行曝光,采集画面,所以形变非常严重。而Global Shutter是所有像素同时曝光,所以不会产生此形变。

    为了实现Global Shutter, 电路的复杂程度会高于rolling shutter。实现Global Shutter有3种方式。

     

     

    • Charge domain

    光子转换为电子之后,在转换为电压信号之前,存储在memory node。这样的方式好处是可以进行CDS(correlated double sampling), 噪声特性好。缺点在于存储空间需要占用一部分感光面积,会减低sensor的灵敏度。

    • Voltage domain

    光子转换为电子、在FD转换为电压信号,再存储在memory node。但通常来说,这种方式噪声特性不好。

    • Digital domain

    这个方式是这几年随着工艺发展新提出来的,要实现digital domain global shutter,需要产生的信号可以实时输出,也就是说每个pixel需要一个单独的ADC。这种方式目前还没有商用,还停留在学术研究阶段。Sony在2018的ISSCC发表了学术论文,感兴趣的读者可以查阅

     

     

    同Rolling shutter相比,Global shutter的sensor可以很好的解决以下问题:

    1. 高速物体变形(左图是采用Global shutter技术的SmartSens SC132GS拍摄的图片,右图是Rolling shutter sensor拍摄的图片)。

    可以明显看出用Rolling shutter sensor拍摄高速运动的风扇,物体会变形。

     

     

    2. 明暗现象(左图是采用Global shutter技术的SC132GS拍摄的图片,右图是没有采用HDR技术拍摄的图片)

    在光线有明暗变化的时候,左图Global shutter sensor不会有明暗瑕疵,可以做到单帧HDR。

     

     

     通过AI,大数据和互联网技术,带动了智慧城市的建设。智能安防,智慧交通,智慧工厂,智慧商业,智能家居,都能看到Camera的身影。一般情况下,Rolling shutter技术就足够了,但若要捕捉高速运动物体,或在环境光条件不理想的情况下获取清晰图像的时候,使用Global Shutter技术,无疑会带来更好的效果

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/u010783226/article/details/126845642