浅析视频监控应用领域抓拍快门的模式发展

 
       

  在某些特殊视频监控应用领域(如高清抓拍),用户抱怨所采用CMOS图像传感器摄像机不能满足要求。CMOS传感器的工作方式,并不是通过一个信号线就可以控制曝光的开始和结束。传感器的感光二极管不停的在捕获入射光子并转换成电子存储在电荷井中,控制部分可以将其读出或清零,但不能停止曝光。在这个过程中,并没有实际意义上的快门存在,这也叫电子快门。那么电子快门是如何实现的呢?

  一种是RollingShutter(卷帘式快门)。对任一像素,在曝光开始时现将其清零,然后等待曝光时间过后,将信号值读出。数据读出采用串行方式,所以清零/曝光/读出也只能逐行顺序进行,通常是从上至下。RollingShutter可以达到更高的像素和帧率,但由于扫描速度和数据读出速度的差异,无法实现和现有的闪光灯同步。但当曝光不当或物体移动较快时,会出现部分曝光、倾斜、抖动等现象。这一特性催生了长延时闪光灯的诞生,以解决现有RollingShutter模式下的闪光同步问题。

  另外一种是GlobalShutter(全局快门)。在每个像素处增加了采样保持单元,在指定时间达到后对数据进行采样然后顺序读出,这样虽然后读出的像素仍然在进行曝光,但存储在采样保持单元中的数据却并未改变。相当于是整体统一进行一次性曝光。GlobalShutter曝光时间更短,适合抓拍场合应用。但由于增加了每个像素的元件数目,使得填充系数降低,所以很难设计出高像素数的传感器,另外采样保持单元还引入了新的噪音源,增加了RMS读出噪声。

  通常情况下,曝光时间短的应用(如小于500μs)适合GlobalShutter;曝光时间长(如大于500μs)时,选择RollingShutter可以实现更低的噪声和更高的帧率。目前,很多图像传感器厂商也在将GlobalShutter技术引入安防监控用的芯片中,相信很快就会有配合传统闪光灯高清抓拍应用的高性价比产品面市。

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