Global Shutter vs. Rolling Shutter Trong Thị Giác Nhúng

Trong các hệ thống thị giác máy tính nhúng, rolling shutter lần lượt phơi sáng và đọc từng hàng pixel, mang lại độ phân giải cao, chi phí thấp nhưng dễ gây méo hình khi chụp vật thể hoặc camera chuyển động nhanh. Ngược lại, global shutter phơi sáng đồng loạt toàn bộ cảm biến rồi mới đọc dữ liệu, loại bỏ hoàn toàn biến dạng chuyển động nhưng thường có chi phí, nhiễu và độ phức tạp cao hơn. Rolling shutter phù hợp với đa số ứng dụng tĩnh hoặc chuyển động chậm, trong khi global shutter cần thiết khi ghi hình tốc độ cao hoặc đòi hỏi độ chính xác hình học tuyệt đối.

Trước khi đi sâu vào camera global shutter, hãy nắm khái niệm cơ bản về màn trập và các loại của nó.

Rolling Shutter là gì?

Cơ chế rolling shutter (màn trập cuốn dòng) ghi hình theo từng hàng pixel, từ trên xuống dưới, chứ không phơi sáng cả khung cùng lúc. Mỗi hàng được tiếp xúc với ánh sáng rồi đọc ra tuần tự. Cách làm này tối ưu băng thông cho camera và bộ xử lý, nên hầu hết module camera trong các hệ thống thị giác nhúng hiện nay đều dùng rolling shutter.

Global Shutter là gì?

Trái ngược với rolling shutter, global shutter phơi sáng toàn bộ mảng cảm biến cùng một lúc, rồi mới đọc ra toàn bộ khung hình. Ban đầu, chỉ có máy ảnh cơ mới có global shutter, còn camera điện tử chỉ dùng rolling shutter. Ngày nay global shutter đã được tích hợp vào các camera điện tử để đáp ứng nhu cầu chụp chuyển động nhanh của hệ thống thị giác hiện đại.

Hiệu ứng Rolling Shutter

Khi chụp cảnh tĩnh, ảnh rolling shutter và global shutter trông giống nhau. Nhưng nếu bạn chụp vật thể di chuyển nhanh—như báo gấm chạy hoặc quạt quay—ảnh rolling shutter sẽ bị méo, nghiêng, vết xoắn (“jello effect”) do mỗi hàng pixel được ghi vào thời điểm khác nhau. Các biến dạng này gọi là rolling shutter artifacts.

Khắc phục hiệu ứng Rolling Shutter

• Tăng tốc độ màn trập (shutter speed) hay tốc độ khung hình (frame rate): Cố gắng “đóng băng” chuyển động càng nhanh càng tốt, có thể lên đến >1000 fps. Tuy nhiên, hạn chế là khi vật di chuyển quá nhanh, vẫn còn méo; giảm phơi sáng quá mức lại cho ảnh tối, chất lượng kém trong điều kiện thiếu sáng.

• Giải pháp lý tưởng: Dùng camera global shutter để loại bỏ hoàn toàn biến dạng.

Camera Global Shutter là gì?

Camera global shutter dùng cơ chế phơi sáng đồng thời cho mọi pixel, nên không sinh méo hình do chuyển động. Một số cảm biến global shutter nổi bật:

• Onsemi: AR0144AT, AR0234CS, XGS2000–XGS16000

• Sony: MX661-AAMR, IMX530-AAMJ, IMX531-AAQJ, IMX532-AAQJ

• OmniVision: OG0VE1B, OV9281, OV9282, OG0TB

Nhược điểm của camera Global Shutter

• Giá thành cao hơn rolling shutter cùng cấu hình.

• Cấu trúc phức tạp, tốn diện tích mạch (cần bộ đệm pixel để phơi sáng rồi đọc tuần tự).

• Giới hạn độ phân giải, tốc độ khung hình và thường có nhiễu cao hơn, dải động kém hơn.

Lời khuyên: Nếu ứng dụng chỉ chụp đối tượng tĩnh hoặc chuyển động chậm, rolling shutter thường là lựa chọn kinh tế và hiệu quả hơn.

Một số ứng dụng tiêu biểu:

Tóm lại:

• Rolling shutter: phù hợp hệ thống thị giác nhúng chung, chi phí thấp, độ phân giải cao, chỉ có méo khi chuyển động quá nhanh.

• Global shutter: cần cho ứng dụng chụp chuyển động tốc độ cao hoặc đòi hỏi độ chính xác hình học, dù chi phí và độ phức tạp cao hơn.

Bạch Vu System là nhà phân phối ủy quyền các sản phẩm FlexWATCH tại thị trường Việt Nam, trong đó có camera Global Shutter. Nếu bạn đang phát triển hệ thống thị giác nhúng, đội ngũ tư vấn của chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ bạn.