Telecamere Rolling Shutter CMOS
Il rolling shutter è un metodo di esposizione in cui il sensore viene esposto in ordine sequenziale, cioè riga per riga. I principali vantaggi dei sensori CMOS rolling shutter sono la riduzione del rumore e la minore generazione di calore. Molti modelli di telecamere Basler ace, ace 2 e dart area scan sono dotati di sensori con tecnologia rolling shutter. Sono adatti a un'ampia gamma di applicazioni di visione industriale.
Global shutter vs. Rolling Shutter
Quando si sceglie una telecamera per un sistema di elaborazione delle immagini, non solo la risoluzione e la velocità sono decisive, ma anche il metodo di esposizione, e quindi il tipo di shutter, sono fondamentali. Il nostro white paper spiega come funzionano l'global shutter e l'rolling shutter
Come funziona una telecamera con rolling shutter?
La tecnologia rolling shutter è utilizzata in molti sensori di telecamere digitali e moduli di acquisizione delle immagini. Con l'rolling shutter, l'esposizione di ciascuna riga di pixel del sensore di immagine è sequenziale. A seconda del tipo di sensore, l'esposizione avviene dall'alto verso il basso o, in alcuni casi, da sinistra verso destra. Con l'global shutter, invece, tutti i pixel di un sensore di immagine vengono esposti contemporaneamente.
Lettura riga per riga delle righe di pixel
I sensori a rolling shutter leggono i dati dell'immagine linea per linea. Per motivi di efficienza, esiste uno scostamento temporale tra l'inizio e la fine dell'esposizione per ciascuna riga. Questo sfasamento corrisponde al tempo di lettura.
Questo tempo varia a seconda del sensore. Con i sensori veloci , il tempo è più breve e il ritardo tra le linee è più basso rispetto ai sensori lenti. Quanto più bassa è la frequenza dei fotogrammi di un sensore rolling shutter, tanto più visibili diventano le distorsioni negli oggetti in movimento . Con gli oggetti statici, invece, non si verificano tali artifatti a causa della mancanza di movimento.
I vantaggi delle moderne telecamere con rolling shutter
Il modo in cui la superficie del sensore cattura e legge le informazioni sulla luce è diverso da quello di un global shutter. L'elettronica che controlla questo processo è più semplice nei sensori a rolling shutter che in quelli a global shutter. Ciò significa che ci sono meno componenti e un prezzo più basso. Il minor numero di transistor si traduce anche in una riduzione del calore e del rumore , che migliora la sensibilità del sensore.
Le telecamere rolling shutter CMOS sono incredibilmente adatte alle applicazioni che richiedono una maggiore sensibilità e qualità dell'immagine per ispezionare oggetti lenti o fermi. In molti casi, le telecamere con tecnologia CMOS rolling shutter rappresentano un valore molto elevato per la loro risoluzione. I pixel più piccoli spesso producono una risoluzione molto elevata in un formato di sensore più piccolo.
Cosa rende unico l'avvolgibile
I sensori a rolling shutter presentano i seguenti vantaggi rispetto ai sensori a global shutter:
Buona qualità dell'immagine grazie al basso rumore alle risoluzioni più elevate
Efficienza energetica e dei costi grazie al loro design semplificato
L'effetto rolling shutter
A causa del metodo di esposizione riga per riga, può verificarsi una distorsione se l'oggetto raffigurato si muove rapidamente tra l'inizio dell'esposizione della prima riga e l'inizio dell'esposizione dell'ultima riga.
Come si crea l'effetto rolling shutter
Quando i dati dell'immagine vengono letti, le linee esposte vengono combinate nello stesso ordine per formare un'immagine complessiva. A causa del ritardo nell'esposizione delle singole linee, questo sfasamento temporale diventa visibile anche nell'immagine composita sotto forma di distorsioni.
Situazioni in cui può verificarsi l'effetto rolling shutter
A seconda della frequenza dei fotogrammi del sensore, quando si riprende con una telecamera con rolling shutter possono verificarsi distorsioni da lievi a significative se l'oggetto o la telecamera si muovono rapidamente.
Veicoli in rapido movimento: le ruote di un'auto, di un treno o di una moto che passano ad alta velocità possono apparire ellittiche e l'intero veicolo può sembrare storto.
Eliche e pale di rotori: Gli oggetti in rapida rotazione, come i rotori degli elicotteri o le eliche degli aerei, possono apparire come strisce piegate invece che come movimenti circolari.
Oggetti su un nastro trasportatore:
Corsa o sport veloci: Quando si riprendono persone che corrono o che praticano sport come il calcio, il tennis o altri sport, le gambe e le braccia degli atleti possono apparire distorte e piegate.'
Panoramica della telecamera: Quando si esegue una rapida panoramica della telecamera, ad esempio per seguire una scena, le linee rette (come edifici o recinzioni) possono essere visualizzate storte e curve.
L'influenza della frequenza dei fotogrammi e del tempo di esposizione
Il fattore decisivo per l'effetto rolling shutter è il tempo di lettura di una linea. Un sensore veloce con una frequenza di fotogrammi di almeno 60 fotogrammi al secondo tende a mostrare un effetto minore rispetto a un sensore lento con un massimo di 15 fotogrammi al secondo.
In generale,
maggiore è la frequenza massima di fotogrammi di un sensore, minore è la velocità di lettura e minore è l'effetto rolling shutter.
Il tempo di esposizione, invece, non ha alcuna influenza sull'effetto rolling shutter.
Contrastare l'effetto rolling shutter
Esistono diversi modi per minimizzare l'effetto rolling shutter:
Sensori BSI impilati
I moderni sensori a retroilluminazione impilati offrono una lettura più rapida e possono ridurre l'effetto rolling shutter.Flash Un flash attivato con precisione fornisce un intenso impulso di luce nel momento in cui tutte le linee sono esposte. Analogamente all'global shutter, l'intera superficie del sensore viene illuminata simultaneamente.
Correzione software
Le funzioni di elaborazione delle immagini possono essere utilizzate per ridurre al minimo la distorsione e correggere l'effetto rolling shutter.
Le distorsioni legate all'effetto possono essere completamente evitate utilizzando un global shutter. Questo metodo di esposizione - tutte le file di pixel allo stesso tempo - impedisce la formazione di artefatti come nell'effetto rolling shutter. Tuttavia, i sensori con global shutter sono spesso più costosi di quelli con rolling shutter.
telecamera a rolling shutter o telecamera a global shutter?
Questa decisione dipende in larga misura dai requisiti specifici dell'applicazione.
In parole povere:
Le telecamere a rolling shutter offrono risultati eccellenti con gli oggetti di ispezione statica ,
Le telecamere con global shutter sono la scelta preferita per gli scenari dinamici. Sono ideali per le sequenze in rapido movimento, come il riconoscimento di oggetti sulle linee di assemblaggio nell'automazione di fabbrica o il riconoscimento automatico delle targhe nel monitoraggio del traffico.