相机快门-卷帘快门、全局快门和伪全局快门的区别是什么?

time23/01/05

快门是相机的一部分,用来启动和停止相机在光照下的曝光。传统的科学相机使用机械快门,打开快门意味着开始图像曝光,关闭则曝光结束。机械快门的释放和闭合速度“很慢”,而且随着使用时间的延长会出现可靠性问题。如今的科学相机使用电子快门,它显然会更快、更简单、用途更广泛。

电子快门有两种主要类型:卷帘和全局。卷帘快门常用于sCMOS相机,它们在图像采集中会带来毫秒级的时间延迟,具体取决于传感器。全局快门则是在整个传感器上同时采集。

Tucsen

1. 卷帘快门

 

卷帘快门相机从传感器的顶部开始采集,然后逐行向下“滚动”,通常每行像素的开始曝光的时间延迟在5~25微秒之间,具体取决于相机的速度。

首行像素在指定的曝光时间过去后会采集结束,然后将以同样的方式向下滚动,这意味着总体上每一行像素都暴露在指定的曝光时间内,但根据其在传感器上的位置有轻微的延迟。

在此模式下工作的图像传感器可提供非常高速的图像采集速度,具有低噪声和高量子效率。因此卷帘快门是弱光应用的标准配置。此外,卷帘相机通常在“重叠模式”下工作,即当卷帘快门工作时,下一帧在当前帧结束之前就开始了,这意味着实际上相机没有不获取光线的时间。

 

2. 伪全局快门

 

在某些情况下,可以避免卷帘快门出现问题或伪彩,例如显微镜系统中经常使用的LED和激光光源,在光学系统中可以对光源进行精确的定时控制,卷帘相机可以通过使用称为“伪全局快门”的技术,这种方式可以获取到完全无伪影和失真的图像,如多通道成像等(在不同照明条件下连续采集一个对象的多个图像,如荧光波长。

 

3.全局快门

 

然而,在某些应用中“伪全局快门”是不可能的,并且成像对象移动太快,卷帘快门无法在不产生明显伪影的情况下进行拍摄,或者在这些应用中,至关重要的是要避免跨帧采集的毫秒级延迟。对于这些应用,可以使用全局快门相机,它们使用内置在每个像素中的附加电路,在整个传感器中精确地同时启动和停止曝光。

 

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