石鑫华视觉 发表于 2014-8-30 11:41:49

机器视觉扫盲贴-运动拍照与静止拍照该选择什么样的相机?

很多新人在学习机器视觉时,一直在纠结运动拍照与静止拍照的成像效果,搞不清楚到底该使用什么样的相机来应对不同的应用环境。下面来简单介绍一下。

目前的工业相机(CCD/CMOS),主要有两种曝光模式,一种叫全局曝光(Global Shutter),一种叫卷帘曝光(Rolling Shutter,又叫滚动曝光)。全局曝光,就是传感器整个靶面的所有像素同时曝光,而卷帘曝光,则按照一行一行的顺序方式曝光。虽然行与行之间的曝光时间间隔很短,但是其还是有时间的,因此在成像时就会有较大的变化。目前的工艺水平,CCD传感器全部使用的是全局曝光,而CMOS传感器,则部分廉价的、早期的产品使用的是卷帘曝光,而最新的一些高性能的CMOS,则也开始使用全局曝光。因此,全局CMOS传感器与CCD在运动成像过程中的效果基本上是一样的(其它性能一样的前提下)
曝光过程示意:
全局曝光
曝光开始:曝光结束
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如上面的示意,如果是一个条状物体运动过程中使用全局传感器拍照。如果是是静止的物体,则其曝光型 与曝光结束时的位置是重复的,也不会有拖影之类的。而如果是运动的,则其有运动距离的问题。因为曝光再怎么快,也是需要时间的,哪怕到10us(目前的常规相机,已经是比较快的曝光时间了),也是有一定的运动距离的。假如目标的运动速度是1m/s,那么10us的时间内,其运动的距离则为10um,这个运动距离,对于许多尺寸测量来讲,其实是已经很大的了。因此要解决这个问题,只能降低运动速度(也可以再缩短曝光时间,不过那样的成本就上升了)。

卷帘曝光
曝光开始:曝光结束
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上面的示意图,则为一条状物体运动过程使用卷帘传感器拍照。使用卷帘传感器拍照时,哪果物体静止的,那么其仍然会得到位置重合的,不变型的图像。而如果运动时,则会出现上面的图示。运动造成的距离变化,引起的拖影,一定还是存在的,这个避免不了。但是由于其还存在着卷帘这种效果,因此从第一行曝光开始,到第二行、第三行、第四行等,其曝光开始的时间并一致,因此其得到图像,则可能是倾斜的。这种图像效果,在现实生活中是很容易得到的。现在大部分的手机上的摄像头都是使用卷帘的CMOS,可以做到火车、汽车等高速运动的目标上进行拍照。这时得到的照片,不仅有模糊拖影,还会有倾斜现象。窗外的一杆笔直的电线杆,在图像中则是倾斜的。

因此在实际应用中,如果目标有运动或有较强的振动,则建议使用CCD或全局的CMOS相机,如果是静止的则可以考虑低成本的CMOS相机(当然如果有钱,使用CCD或全局的CMOS也没问题)。

更多关于全局与卷帘曝光的知识请阅读:
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http://shixinhua.com/camera/2013/05/452.html

卷帘快门与全局快门的区别_石鑫华视觉_机器视觉_商城_论坛_机器视觉光源_控制器_工业相机_镜头_机器视觉方案_系统_NI视觉_图像处理_机器视觉论坛
http://shixinhua.com/camera/2013/05/451.html

全局快门与卷帘式快门_石鑫华视觉_机器视觉_商城_论坛_机器视觉光源_控制器_工业相机_镜头_机器视觉方案_系统_NI视觉_图像处理_机器视觉论坛
http://shixinhua.com/camera/2012/07/36.html



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