پدیده ROlling shutter چیست؟

پدیده ROlling shutter چیست؟ شاتر یک جزء معمولی یک دوربین است، خواه مکانیکی یا الکترونیکی. برای دوربین های علمی، نمونه مکانیکی معمولاً کند هستند و به عنوان یک قطعه متحرک اغلب در معرض تعمیر و نگهداری هستند، در Teledyne Photometrics دوربین های علمی CCD، EMCCD و CMOS از بخش الکترونیکی آن استفاده می کنند. با این حال، روشی که هر فرمت سنسور دوربین سیگنال را از پیکسل ‌های داده شده می ‌خواند، می‌ تواند متفاوت باشد، با دو روش اصلی شاتر جهانی و شاتر نورد. این مقاله به معرفی و تشریح پدیده ROlling shutter می پردازد.

ROlling shutter

همه چیز در رابطه با پدیده ROlling shutter

در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که پس از اینکه یک دوربین شاتر سراسری در معرض سیگنال یک نمونه قرار گرفت، تمام پیکسل های حسگر به طور همزمان خوانده می شوند، از این رو اصطلاح شاتر سراسری برای این فرایند، نامیده می شود. این بدان معنی است که تصاویر به دست آمده از دوربین های دارای این سنسورها، عکس های فوری از یک نقطه از زمان هستند. این فرایند همگام سازی، قرار گرفتن در معرض دوربین با فعال سازی منبع نور با استفاده از محرک های سخت افزاری است. زیرا قرار گرفتن در معرض یک عامل در سراسر سنسور اتفاق می افتد. دوربین های CCD و EMCCD معمولاً از شاترهای سراسری استفاده می کنند و می توانند به عنوان دستگاه های تصویربرداری “فول فریم” عمل کنند.

با این حال، در حالی که این حالت شاتر هیچ تفاوت زمانی در سراسر تصویر ندارد، لذا بازخوانی آن معمولاً کند است، به ویژه در هنگام استفاده از CCD/EMCCD با شاترهای سراسری، زیرا این فناوری ‌ها در سرعت بازخوانی خود به دلیل داشتن تنها یک مبدل آنالوگ به دیجیتال محدود هستند. هرچه تعداد پیکسل ‌های بیشتری روی سنسور برای انتقال وجود داشته باشد، سرعت کل فریم کمتر می ‌شود، حتی اگر بتوان کل فریم را به یکباره گرفت. علاوه بر این، شاتر سراسری می‌ تواند منجر به افزایش نویز خواندن، نرخ فریم محدود و چرخه‌های کاری طولانی‌تر برای دوربین شود.

پیکسل های حسگر

• شاتر غلتکی

در حالی که شاتر سراسری کل سنسور را همزمان می خواند، برخی از سنسورهای دوربین در هنگام قرار گرفتن در معرض، ردیف به ردیف بازخوانی می کنند و بازخوانی در ردیف های سنسور دوربین به سمت پایین می چرخد، به همین دلیل است که این روش به عنوان شاتر غلتکی شناخته می شود. خواندن هر ردیف زمان مشخصی را می طلبد (مثلاً 10 میکروثانیه)، که به عنوان “زمان خط” شناخته می شود، به این معنی که تصویر حاصل دارای تاخیر زمانی کمی بین هر ردیف است. اگر دوربینی با شاتر نورد 2048 ردیف داشته باشد (مانند یک سنسور معمولی CMOS 2048 x 2048)، به این معنی است که ردیف بالا در زمان 0 خوانده می شود، در حالی که ردیف پایین 2.048 میلی ثانیه بعد خوانده می شود (10 میکرو ثانیه ضرب در 2048 ردیف)، این به عنوان “زمان فریم” شناخته می شود. این تأخیر زمانی کوچک می‌تواند در حسگرهای بزرگ جمع شود، که باید هنگام تصویربرداری از نمونه‌ های بسیار سریع در نظر گرفته شود. 

• شاتر نورد

در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که هنگام تصویربرداری از اجسام متحرک یا حرکت دوربین در حین اکتساب، دوربین‌ ها در معرض برخی از مصنوعات تصویربرداری مانند تاری حرکت هستند، به‌ویژه زمانی که از زمان‌ های نوردهی طولانی استفاده می ‌کنند. اما برای دوربین های کرکره ای، اگر حرکت نمونه یا دوربین در مقیاسی مشابه زمان فریم رخ دهد، می توان یک مصنوع اضافی را معرفی کرد. اگر یک CMOS زمان فریم 10 میلی ثانیه داشته باشد و نمونه در طول این 10 میلی ثانیه در کل فریم حرکت کند، می تواند «مصنوعات شاتر نورد» را معرفی کند. با این حال، حرکت نمونه اغلب در فواصل بسیار کوچکتر است، مانند چند ردیف پیکسل، و از آنجایی که هر خط بسیار سریع خوانده می شود (مثلاً 10 میکرو ثانیه)، این حرکت به راحتی ثبت می شود.

در بررسی پدیده ROlling shutter باید بدانید که جلوه شاتر نورد را می توان با طراحی الکترونیکی ظریف کاهش داد، در Teledyne Photometrics دوربین های CMOS جدیدتر ما مانند Kinetix زمان خط بسیار سریع تری دارند تا تاخیر زمانی را کاهش دهند و امکان تصویربرداری با سرعت بالا از نمونه های پویا و سریع را فراهم کنند.

با این اوصاف، هنگام استفاده از شاتر سراسری، که ممکن است برای کاربردهای خاص کلیدی باشد، می توان از این مصنوعات کاملاً اجتناب کرد. با این حال، از آنجایی که مصنوع شاتر نورد عمدتاً فقط یک مشکل برای نمونه‌های پرسرعت است، و سریع ‌ترین دوربین‌ های موجود در بازار معمولاً دوربین ‌های CMOS هستند، به نظر می ‌رسد مفهوم CMOS شاتر جهانی ترکیب خوبی برای تصویربرداری با سرعت بالا باشد. با این حال، دوربین ‌های CMOS شاتر جهانی بسیار کمیاب ‌تر از دوربین ‌های CMOS کرکره‌ای هستند، اکثریت قریب به اتفاق دوربین ‌های DSLR و دوربین ‌های گوشی ‌های هوشمند دارای CMOS شاتر غلتکی هستند.