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？

石鑫华视觉

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
    |                |
    |                |
    |                |
    |                |
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
    \                \
      \                \
        \                \
          \                \
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：
全局快门CCD相机运动与静止成像对比_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/2013/05/452.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