CMOS 滾動快門相機
滾動快門是一種讓感光元件依序曝光的曝光方式,也就是逐行曝光。CMOS 滾動快門感光元件的重要優勢,是雜訊與發熱量較低。多款 Basler ace、ace 2 和 dart 面掃描相機機型,均配備採用滾動快門技術的感光元件,非常適合的各種機器視覺應用。

滾動快門相機如何運作?
滾動快門技術運用於多款數位相機感光元件和影像擷取模組。使用滾動快門時,影像感光元件的每條畫素線都會依序曝光。有些感光元件類型由上而下曝光,有些則是由左而右曝光。另一方面,使用全域快門時,影像感光元件的所有畫素都會同時曝光。

逐行讀取畫素行
滾動式快門感光元件會逐行讀取影像資料。為了提高效率,每一行的曝光開始和結束時間會有時間差。此時間差即為讀取時間。
此時間差會因感光元件而異。使用高速感光元件時,時間差較短,線與線之間的時間延遲比速度較慢的感光元件低。滾動快門感光元件的取像速度越低,移動中物體的失真就越明顯。但對靜止物體來說,由於沒有移動,所以不會出現這種失真。
當代滾動快門相機的優勢
感光元件表面拍攝並讀取光訊息的方式,與全域快門不同。與全域快門感光元件相比,滾動快門感光元件中控制曝光的電子元件更加簡單;因此元件數量較少,價格也較低。電晶體數量較少,因此發熱量和雜訊也更少,進而改善感光元件的靈敏度。
CMOS 滾動快門相機非常適合需要加強感光度與影像品質的應用,用以檢測緩慢移動或靜止的物體。在許多情況下,採用 CMOS 滾動快門技術的相機,具有非常高的解析度價值。其畫素較小,因此通常能以較小的感光元件格式,產生極高的解析度。

滾動快門的獨特之處
與全域快門感光元件相比,滾動快門感光元件具有以下優點:
高解析度下具備低雜訊,帶來優良的影像品質
成本與能源效率 歸功於其簡化的設計
滾動快門效應
由於採用逐行曝光方式,如果被攝體在第一行開始曝光到最後一行開始曝光之間進行快速移動,就可能會產生失真問題。
滾動快門效果是如何產生的
讀取影像資料時,曝光線會以相同的順序結合,組成整體影像;由於每條線的曝光時間會有延遲,這種時間差也會以失真形式出現在組成的影像中。

可能發生滾動快門效應的情況
使用滾動快門相機拍攝時,如果物體或相機進行快速移動,可能會發生輕微到顯著的失真;這取決於感光元件的取像速度。
快速移動的車輛:高速行駛的汽車、火車或機車的車輪會變成橢圓形,整輛車看起來也會歪歪扭扭。
螺旋槳和旋翼:快速旋轉的物體,例如直昇機旋翼或飛機螺旋槳,可能會呈現彎曲的條狀,而非轉動。
輸送帶上的物體:品質控制流程中,在機器視覺系統輔助下,能夠偵測出有瑕疵或受污染的物體並加以分類。在高產量的工廠應用情境中,直線可能會出現歪斜或彎曲,影響結果的精確度。
跑步或快速運動:例如在足球、網球或其他田徑運動中拍攝跑步或運動者時,運動員的腿和手臂看起來可能會扭曲、彎曲。
平移相機:例如在追蹤場景時快速搖動相機,直線 (如建築物或圍籬) 可能會歪曲、彎曲。
取像速度和曝光時間的影響
線條的讀取時間是滾動快門效應的決定性因素。與每秒最多 15 張的慢速感光元件相比,每秒至少 60 張的快速感光元件,呈現出的效果較小。
一般而言,
感光元件的最大取像速度越高,讀取速度就越快,滾動快門效應也就越低。
另一方面,曝光時間對滾動快門效應沒有影響。

抵消滾動快門效應
有幾種方法可以將滾動快門效應降到最低:
堆疊式 BSI 感光元件
當代的堆疊背照式感光元件,具備更快的讀取速度,並可減少滾動快門效應。閃光燈
精確觸發的閃光燈,在各條線路曝光的𣊬間,帶來強烈的脈衝光。與全域快門類似,可同時照亮整個感光元件表面。軟體修正
可透過影像處理功能,讓失真減到最低限度,修正滾動快門效應。
使用全域快門可以完全避免與本效果有關的失真。這種讓所有畫素行同時曝光的方式,可以防止滾動快門效應偽像。不過,全域快門感光元件通常比滾動快門感光元件昂貴。
該選擇滾動快門相機還是全域快門相機?
這個決定在很大程度上取決於您應用的特定需求。