图像传感器的全局快门Global shutter和卷帘快门Rolling什么区别
2022-05-15 01:29:52
图像传感器的全局快门和卷帘快门有什么区别？
1、卷帘快门
卷帘快门英文标识为Rolling shutter，这种快门的特点就是CMOS像素（二极管）渐次曝光。也就是CMOS一个接一个的曝光，这样的好处是可以达到更高的帧率，但坏处就是被摄主体快速移动时，会出现部分曝光(partial exposure)、斜坡图形(skew)、晃动(wobble) 等现象。
2、全局快门
全局快门也称为Global shutter ，特点就是整幅场景在同一时间完成曝光。传感器所有像素点（二极管）同时收集光线，同时曝光。与滚动快门不同，这种同时曝光方式，就没有果冻了。
CCD就是全局工作方式。所有像素同时曝光。
但全局快门也有缺点，当曝光时间短的应用（如<500μs）很适合，曝光时间长（如大于500μs）时噪点情况严重，用卷帘快门更合适。
快门（Shutter）定义
快门是照相机用来控制感光片有效曝光时间的机构，是照相机的一个重要组成部分，它的结构、形式及功能是衡量照相机档次的一个重要因素。一般而言快门的时间范围越大越好。秒数低适合拍运动中的物体，某款相机就强调快门最快能到1/16000秒，可轻松抓住急速移动的目标。不过当你要拍的是夜晚的车水马龙，快门时间就要拉长，常见照片中丝绢般的水流效果也要用慢速快门才能拍出来。
快门（Shutter）速度
快门速度单位是"秒"。常见的快门速度有:1 1/2 1/4 1/8 1/15 1/30 1/60 1/125 1/250 1/500 1/1000 1/2000等。相邻两级的快门速度的曝光量相差一倍。如1/60秒比1/125秒的曝光量多一倍，即1/60秒比1/125秒速度慢一级或称低一级。
全局快门（global shutter）
全局快门是通过整幅图片在同一时间曝光实现的。传感器的所有像素点同时收集光线，同时曝光。当预设的曝光时间到了，传感器停止收集光线，并将曝光图像转成电子图像。在这个过程中，并没有实际意义上的快门存在。在曝光开始的时候，传感器开始收集光线，在曝光结束的时候，光线收集电路被切断，传感器读出值即为一幅图片。
卷帘快门（rolling shutter）
卷帘快门通过控制芯片逐行曝光。卷帘快门也没有实际意义上的快门，而是通过断电控制传感器，使其不同部分在不同时间下对光的敏感度不同，逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。所有的动作在很短的时间内完成。一般情况为1/48至1/60秒。
SLAM中应用的优缺点
rolling shutter
rolling shutter是逐行顺序曝光，所以不适合运动物体的拍摄，假如物体或摄像头在拍摄期间处于快速运动状态，拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任意一种情况。
global shutter
global shutter所有像素在同一时刻曝光，类似于将运动物体冻结了，所以适合拍摄快速运动的物体。但是global shutter可能出现像糊现象。像糊现象出现与否取决于曝光时间的长短，假如曝光时间过长，且物体运动快则会出现像糊；假如曝光时间很短，类似于运动物体在瞬间被冻结了，则少有像糊。
什么是快门？
快门是照相机用来控制感光片有效曝光时间的机构。是照相机的一个重要组成部分，它的结构、形式及功能是衡量照相机档次的一个重要因素。
什么是Global Shutter（Total Shutter）？
通过整幅场景在同一时间曝光实现的。Sensor所有像素点同时收集光线，同时曝光。即在曝光开始的时候，Sensor开始收集光线；在曝光结束的时候，光线收集电路被切断。然后Sensor值读出即为一幅照片。CCD就是Global shutter工作方式。所有像元同时曝光。
什么是Rolling Shutter？
与Global shutter不同，它是通过Sensor逐行曝光的方式实现的。在曝光开始的时候，Sensor逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。当然，所有的动作在极短的时间内完成。不同行像元的曝光时间不同。
缺点
Global shutter 曝光时间更短，但会增加读出噪声；
对于相机厂家，Rolling shutter可以达到更高的帧速，但当曝光不当或物体移动较快时，会出现部分曝光(partial exposure)、斜坡图形(skew)、晃动(wobble) 等现象。这种Rolling shutter方式拍摄出现的现象，就定义为果冻效应。
曝光时间短的应用（如<500μs）适合Global shutter，曝光时间长（如大于500μs）时，选择rolling shutter可以有更低的噪声和帧速。
对比
Rolling Shutter的缺陷示例
示例1
看看下面的图片。 想象一下，每个橙色框都是一个像素，我们的图像只有三个像素。 当我们的英雄爬上楼梯时，像素一次被读取一个，从而导致最后一帧的滞后。
示例2
示例3
