各位看倌大家好,今天為各位介紹目前CMOS感光元件兩種曝光技術架構 Global shutter & Rolling shutter,現今 CMOS sensor 大都採用 Rolling Shutter 做為快門的機制,不少看官對Global shutter 較為陌生, 關於這兩種技術架構的差異, 就讓我來為您剖悉.
在開始介紹之前,我們先簡單說明何謂快門
所謂「快門」(shutter)，是指控制光線抵達感光平面(底片)或影像傳感器的時間長度的一種光學裝置。
快門由閉合至打開再回歸閉合狀態，此為一個快門週期，
期間所花費的時間稱之為「快門速度」（shutter speed），用秒（s）表示。
快門的分類,可區分為機械快門跟電子快門,常見的機械快門有轉軸式快門,捲簾式快門,隔膜葉片式快門等.
轉軸式快門 捲簾式快門 隔膜葉片式快門 
另一類是電子快門,可以細分為
「機電快門」（electromechanical shutter）
「電子快門」（electronic shutter）兩類。
機電快門:其電子驅動模式僅限於計時器部分，而快門依然是機械式簾幕,目前大部分的單眼相機大多使用此模式.
電子快門:由於CMOS 感光元件前並沒有機械式的快門,是靠軟體來控制曝光時間,今天我們重點介紹的兩個主角就屬於電子快門
Rolling shutter
Rolling shutter是通過逐行曝光的方式實現的。在曝光開始的時候，Sensor逐行掃描逐行進行曝光，直至所有像素都被曝光。
當然，所有的動作都會在極短的時間內完成, 而且不同行像素的曝光時間不同,如下圖所示各位看官即可明瞭。
圖片來源: researchgate.net
Rolling Shutter 在幾個情況下會產生殘缺的影像及扭曲變形（Skew 或者 Smear）：當拍攝的物體、場景中有快速移動的物件，會因為輸出時間差，影像因而產生變形。
例如：快速移動的車子、飛機螺旋槳、電風扇, 攝影機快速左右移動同樣會產生變形,這就是傳說中的果凍效應
圖片來源：http://scorpionvision.co.uk 圖片來源：cdn.arstechnica.net
圖片來源: wikipedia 圖片來源: diyphotography.net
圖片來源：awaiba.com
各位看倌可以經由下列圖示來了解果凍效應發生的原因:
快速轉動的色卡圓盤在Rolling Shutter 逐行掃描時,因為每行曝光的時間差,組成整張圖片時就產生了果凍效應
圖片來源: https://www.premiumbeat.com/blog
相片來源: wikipedia
Global shutter
與Rolling Shutter不同，Global shutter是整幅畫面同一時間曝光實現。
攝像頭傳感器sensor的所有像素點同一時間感應光線，同時曝光。Sensor讀出的是同一時間的同一畫面。
圖片來源: researchgate.net
也由於Global shutter是整幅畫面同一時間曝光實現。
不會因為時間差而產生果凍效應,若應用場景會需要較短的曝光時間,且拍攝物會快速移動時,
Global shutter Sensor就會是很適合的選擇
現今 Global shutter 技術已在安森美CMOS SENSOR中導入,價格不會再像以往CCD SENSOR 般遙不可及,
讓我們在選擇圖像傳感器時,又可以多一樣高C/P值的選項.
下一篇會為各位帶來安森美半導體 AR0234 2M Global shutter (全局式快門) Sensor-開發板介紹,敬請期待
若有任何問題歡迎在大大通上留言詢問
參考網站
1.安森美官網
https://www.onsemi.cn//ar0234cs
2.大大通官網
https://www.wpgdadatong.com/solution/list
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