Caméras CMOS Rolling Shutter
Le rolling shutter est une méthode d'exposition dans laquelle le capteur est exposé dans un ordre séquentiel, c'est-à-dire ligne par ligne. Les principaux avantages des capteurs CMOS rolling shutter sont la réduction du bruit et du dégagement de chaleur. De nombreux modèles de caméras matricielles Basler ace, ace 2 et dart sont équipés de capteurs avec rolling shutter. Ils conviennent parfaitement à une large gamme d'applications de vision industrielle.
Global Shutter vs. Rolling Shutter
Lors du choix d'une caméra pour un système de traitement d'images, la résolution et la vitesse ne sont pas les seuls critères déterminants. La méthode d'exposition, et donc le type d'obturateur, sont également essentiels. Notre livre blanc explique le fonctionnement du global shutter et du rolling shutter.
Comment fonctionne une caméra rolling shutter ?
La technologie de rolling shutter est utilisée dans de nombreux capteurs de caméras numériques et modules d'acquisition d'images. Avec le rolling shutter, l'exposition de chaque ligne de pixels du capteur d'image est séquentielle. Selon le type de capteur, l'exposition se fait de haut en bas ou, dans certains cas, de gauche à droite. Avec le global shutter, en revanche, tous les pixels d'un capteur d'image sont exposés en même temps.
Lecture ligne par ligne des rangées de pixels
Les capteurs rolling shutter lisent les données de l'image ligne par ligne. Pour des raisons d'efficacité, il existe un décalage temporel entre le début et la fin de l'exposition pour chaque ligne. Ce décalage correspond au temps de lecture.
Ce temps varie en fonction du capteur. Avec les capteurs rapides , le temps est plus court et le décalage entre les lignes est plus faible qu'avec les capteurs lents. Plus la fréquence d'images d'un capteur rolling shutter est faible, plus les distorsions des objets en mouvement sont visibles. Avec des objets statiques, cependant, aucun artefactsne se produisent en raison de l'absence de mouvement.
Les avantages des caméras modernes à rolling shutter
La manière dont la surface du capteur capture et lit les informations lumineuses est différente de celle d'un global shutter. L'électronique qui contrôle ce processus est plus simple dans les capteurs à rolling shutter que dans les capteurs global shutter. Cela signifie qu'il y a moins de composants et que le prix est plus bas. Le nombre réduit de transistors se traduit également par moins de chaleur et de bruit, ce qui améliore la'sensibilité du capteur.
Les caméras CMOS rolling shuttersont incroyablement bien adaptées aux applications nécessitant une sensibilité et une qualité d'image accrues pour l'inspection d'objets lents ou stationnaires. Dans de nombreux cas, les caméras dotées de la technologie CMOS rolling shutter offrent un excellent rapport qualité-prix pour leur résolution. Les pixels plus petits produisent souvent une résolution très élevée dans un format de capteur plus petit.
Ce qui rend le rolling shutter unique
Les capteurs rolling shutter présentent les avantages suivants par rapport aux capteurs global shutter :
Bonne qualité d'image grâce à un faible bruit à des résolutions plus élevées
Coût et efficacité énergétique grâce à leur conception simplifiée
L'effet du rolling shutter
En raison de la méthode d'exposition ligne par ligne, une distorsion peut se produire si l'objet représenté se déplace rapidement entre le début de l'exposition de la première ligne et le début de l'exposition de la dernière ligne.
Comment se crée l'effet du rolling shutter
Lors de la lecture des données d'image, les lignes exposées sont combinées dans le même ordre pour former une image globale. En raison du délai d'exposition des lignes individuelles, ce décalage temporel est également visible dans l'image composite sous la forme de distorsions.
Situations dans lesquelles l'effet du rolling shutter peut se produire
En fonction de la fréquence d'images du capteur, une distorsion légère à importante peut se produire lors de la prise de vue avec une caméra rolling shutter si l'objet ou la caméra se déplace rapidement.
Véhicules en mouvement rapide: Les roues d'une voiture, d'un train ou d'une moto passant à grande vitesse peuvent sembler elliptiques et l'ensemble du véhicule peut avoir l'air de travers.
Hélices et pales de rotor: Les objets en rotation rapide, tels que les rotors d'hélicoptères ou les hélices d'avions, peuvent apparaître comme des bandes pliées au lieu de mouvements circulaires.
Objets sur un tapis roulant : Dans le cadre du contrôle de la qualité, les objets défectueux ou contaminés sont détectés et triés à l'aide de systèmes de vision industrielle. Dans les applications industrielles à haut débit, les lignes droites peuvent apparaître inclinées ou courbées, ce qui affecte la précision des résultats.
Course ou sports rapides: Lorsque vous filmez des personnes en train de courir ou de pratiquer des sports tels que le football, le tennis ou d'autres disciplines athlétiques, les jambes et les bras des athlètes peuvent apparaître déformés et pliés.'
Panoramique de la caméra: Lors d'un panoramique rapide de la caméra, par exemple lors du suivi d'une scène, les lignes droites (telles que les bâtiments ou les clôtures) peuvent être affichées de travers et courbées.
L'influence de la fréquence d'images et du temps d'exposition
Le facteur décisif pour l'effet du rolling shutter est le temps de lecture d'une ligne. Un capteur rapide avec une fréquence d'au moins 60 images par seconde tend à montrer moins d'effet qu'un capteur lent avec un maximum de 15 images par seconde.
En général,
plus la fréquence d'images maximale d'un capteur est élevée, plus la vitesse de lecture est courte et moins l'effet du rolling shutter est important.
Le temps d'exposition, en revanche, n'a aucune influence sur l'effet du rolling shutter.
Contrer l'effet du rolling shutter
Il existe plusieurs façons de minimiser l'effet du rolling shutter :
Capteurs BSI superposés
Les capteurs modernes à rétroéclairage superposé offrent une lecture plus rapide et peuvent réduire l'effet du rolling shutter.Flash
Un flash déclenché avec précision délivre une impulsion lumineuse intense au moment où toutes les lignes sont exposées. Comme pour le global shutter, toute la surface du capteur est éclairée simultanément.Correction logicielle
Les fonctions de traitement de l'image peuvent être utilisées pour minimiser la distorsion et corriger l'effet du rolling shutter.
Les distorsions liées à l'effet peuvent être complètement évitées en utilisant un global shutter. Cette méthode d'exposition - toutes les rangées de pixels en même temps - empêche l'apparition d'artefacts comme dans l'effet du rolling shutter. Toutefois, les capteurs global shutter sont souvent plus chers que les capteurs rolling shutter.
Caméra rolling shutter ou caméra global shutter ?
Cette décision dépend fortement des exigences spécifiques de votre application.
Pour faire simple :
Les caméras rolling shutter donnent d'excellents résultats avec des objets d'inspection statiques,
Les caméras global shutter sont le choix privilégié pour les scénarios dynamiques. Elles sont idéales pour les séquences de mouvements rapides, telles que la reconnaissance d'objets sur les chaînes de montage dans l'automatisation des usines ou la reconnaissance automatique des plaques d'immatriculation dans la surveillance du trafic.