Der Rolling Shutter ist eine Methode der Bildaufnahme, bei der ein Standbild (bei einer Fotokamera) oder jedes Einzelbild eines Videos (bei einer Videokamera) nicht durch eine Momentaufnahme der gesamten Szene, sondern durch schnelles Abtasten der Szene – entweder vertikal oder horizontal – erfasst wird. Anders ausgedrückt: Nicht alle Teile des Bildes werden gleichzeitig aufgezeichnet. (Bei der Wiedergabe wird jedoch das gesamte Bild der Szene auf einmal angezeigt, als ob es einen einzigen Moment darstellte.) Dies führt zu vorhersehbaren Verzerrungen bei sich schnell bewegenden Objekten oder schnellen Lichtblitzen. Im Gegensatz dazu wird beim Global Shutter das gesamte Bild im selben Moment aufgenommen. Der Rolling Shutter kann mechanisch oder elektronisch realisiert sein. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass der Bildsensor während der Aufnahme weiterhin Photonen sammeln kann, wodurch die Empfindlichkeit effektiv erhöht wird. Er findet sich in vielen digitalen Foto- und Videokameras mit CMOS-Sensoren. Der Effekt ist besonders deutlich bei Aufnahmen von extremen Bewegungen oder schnell wechselnden Lichtblitzen..
Globaler Verschluss
Globaler VerschlussmodusDer Global Shutter in einem Bildsensor ermöglicht es allen Pixeln des Sensors, während der programmierten Belichtungszeit bei jeder Bildaufnahme gleichzeitig zu belichten und zu stoppen. Nach Ablauf der Belichtungszeit beginnt das Auslesen der Pixeldaten zeilenweise, bis alle Daten erfasst sind. Dadurch entstehen verzerrungsfreie Bilder ohne Wackeln oder Verzerrungen. Global-Shutter-Sensoren werden typischerweise zur Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten eingesetzt.It Sie lassen sich mit herkömmlichen Objektivverschlüssen in analogen Filmkameras vergleichen. Ähnlich der Iris im menschlichen Auge ähneln sie der Linsenöffnung und sind wahrscheinlich das, was man sich unter einem Verschluss vorstellt..
Der Verschluss öffnet sich blitzschnell beim Auslösen und schließt sich unmittelbar nach Ablauf der Belichtungszeit. Zwischen Öffnen und Schließen wird der Filmabschnitt, der das Bild aufnehmen soll, vollständig und gleichzeitig belichtet (Globalbelichtung).
Wie in der folgenden Abbildung dargestellt: Im Global-Shutter-Modus beginnt und endet die Belichtung jedes Pixels im Sensor gleichzeitig. Daher ist ein großer Speicherplatz erforderlich. Das gesamte Bild kann nach der Belichtung im Speicher abgelegt und schrittweise ausgelesen werden. Die Herstellung des Sensors ist relativ komplex und der Preis entsprechend hoch. Der Vorteil liegt jedoch darin, dass er sich schnell bewegende Objekte verzerrungsfrei erfassen kann und ein breiteres Anwendungsspektrum bietet.
Global-Shutter-Kameras werden in Anwendungen wie Ballverfolgung, Industrieautomation, Lagerrobotern und Drohnen eingesetzt.Verkehrsüberwachung, Gestenerkennung, AR & VRusw.
Rollladen
Rolling-Shutter-ModusBei einer Kamera werden die Pixelzeilen nacheinander mit einem zeitlichen Versatz belichtet. Zuerst wird die oberste Zeile des Bildes belichtet, dann die nächste. Dadurch entsteht eine Verzögerung zwischen Beginn und Ende der Belichtung aufeinanderfolgender Zeilen. Die gesamte Belichtungszeit ist für jede Zeile exakt gleich. Im Rolling-Shutter-Modus werden die verschiedenen Zeilen des Arrays zu unterschiedlichen Zeiten belichtet, während die Auslesewelle den Sensor durchläuft (siehe Abbildung). Zuerst wird die erste Zeile belichtet, nach einer gewissen Auslesezeit beginnt die Belichtung der zweiten Zeile usw. Jede Zeile wird also vollständig ausgelesen, bevor die nächste belichtet werden kann. Im Rolling-Shutter-Sensor benötigt jede Pixeleinheit nur zwei Transistoren für den Elektronentransport, was zu geringerer Wärmeentwicklung und niedrigerem Rauschen führt. Im Vergleich zum Global-Shutter-Sensor ist der Aufbau des Rolling-Shutter-Sensors einfacher und kostengünstiger. Da jedoch nicht alle Zeilen gleichzeitig belichtet werden, kann es bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten zu Verzerrungen kommen.
Die Rolling-Shutter-Kamerawird vorwiegend zur Erfassung langsam fahrender Objekte wie landwirtschaftlicher Traktoren, langsam laufender Förderbänder und für eigenständige Anwendungen wie Kioske, Barcode-Scanner usw. verwendet.
WIE LÄSST SICH DAS VERMEIDEN?
Bei nicht allzu hoher Bewegungsgeschwindigkeit und langsamen Helligkeitsänderungen hat das oben beschriebene Problem nur geringe Auswirkungen auf das Bild. In der Regel ist die Verwendung eines Global-Shutter-Sensors anstelle eines Rolling-Shutter-Sensors die grundlegendste und effektivste Methode für Anwendungen mit hohen Geschwindigkeiten. In kosten- oder rauschempfindlichen Anwendungen oder wenn der Einsatz eines Rolling-Shutter-Sensors aus anderen Gründen erforderlich ist, kann der Blitz jedoch zur Minderung der Auswirkungen genutzt werden. Bei der Verwendung der Blitzsynchronisationsfunktion mit einem Rolling-Shutter-Sensor sind einige Aspekte zu beachten:● Nicht bei allen Belichtungszeiten, die ein Stroboskopsignal ausgeben, erfolgt ein solches Signal. Ist die Belichtungszeit zu kurz und die Auslesezeit zu lang, überlappen sich die Belichtungslinien nicht, es wird kein Stroboskopsignal ausgegeben und der Stroboskopblitz blitzt nicht auf.● Wenn die Blitzdauer kürzer ist als die Belichtungszeit● Wenn die Ausgabezeit des Stroboskopsignals zu kurz ist (im μs-Bereich), erfüllt die Leistung einiger Stroboskope nicht die Anforderungen an schnelles Schalten, sodass das Stroboskopsignal nicht erfasst werden kann.
Veröffentlichungsdatum: 20. November 2022
