Phân biệt cảm biến Global Shutter và Rolling Shutter - cách lựa chọn loại phù hợp

Bạn đang phân vân lựa chọn giữa camera Global Shutter và Rolling Shutter cho ứng dụng của mình? Hãy đọc bài viết này để hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa màn trập toàn cầu và màn trập lăn cũng như cách chọn loại hoàn toàn phù hợp với ứng dụng của bạn.

Camera và hệ thống hình ảnh công nghiệp ngày nay có các cảm biến chụp và ghi lại hình ảnh cho các mục đích xử lý và phân tích khác nhau. Các cảm biến này sử dụng màn trập điện tử để chụp ảnh. Màn trập điện tử là một thiết bị kiểm soát độ phơi sáng của các giếng photon trên cảm biến. Nó cũng xác định xem các pixel được hiển thị theo từng dòng hay dưới dạng một ma trận hoàn chỉnh. Hai loại màn trập điện tử chính là Màn trập lăn (Rolling Shutter) và Màn trập toàn cầu (Global Shutter). Bài viết này khám phá các cơ chế cửa chớp, sự khác biệt giữa hai cửa chớp và nơi sử dụng chúng.

Global Shutter là gì?

Chế độ màn trập toàn cầu (global shutter) trong cảm biến hình ảnh cho phép tất cả các điểm ảnh của cảm biến bắt đầu phơi sáng và ngừng phơi sáng đồng thời trong khoảng thời gian phơi sáng đã lập trình trong mỗi lần chụp ảnh. Sau khi kết thúc thời gian phơi sáng, quá trình đọc dữ liệu pixel bắt đầu và tiến hành theo từng hàng cho đến khi tất cả dữ liệu pixel được đọc xong. Cơ chế này trong camera màn trập toàn cầu tạo ra hình ảnh không bị biến dạng, không bị rung hoặc lệch. Cảm biến màn trập toàn cầu thường được sử dụng để chụp các đối tượng chuyển động tốc độ cao.

Màn trập toàn cầu có khả năng tránh tạo tác màn trập lăn một mình và không làm nhòe chuyển động do đối tượng chuyển động nhanh và phơi sáng. Chỉ ở các mức độ phơi sáng thấp hơn, màn trập toàn cầu mới giúp chụp được những hình ảnh sắc nét của các vật thể đang chuyển động mà không bị mờ do chuyển động. Nhưng với màn trập lăn, bất kể giá trị phơi sáng thấp, hình ảnh được tạo ra sẽ vẫn bị lệch do tạo tác màn trập lăn.

Rolling Shutter là gì?

Không giống như camera màn trập toàn cầu, chế độ màn trập lăn (rolling shutter) trong camera lần lượt hiển thị các hàng pixel, với độ lệch tạm thời từ hàng này sang hàng tiếp theo. Lúc đầu, hàng trên cùng của hình ảnh bắt đầu thu ánh sáng và hoàn thành nó. Sau đó, hàng tiếp theo bắt đầu thu thập ánh sáng. Điều này gây ra sự chậm trễ trong thời gian kết thúc và bắt đầu thu thập ánh sáng cho các hàng liên tiếp. Tổng thời gian lấy sáng của mỗi hàng là hoàn toàn như nhau.

Hiệu ứng màn trập lăn

Sự khác biệt về hình ảnh giữa cảm biến màn trập lăn và cảm biến màn trập toàn cầu chủ yếu được phản ánh trong quá trình thu nhận hình ảnh động. Khi các đối tượng chuyển động nhanh được chụp bởi cảm biến màn trập lăn, Hiệu ứng màn trập lăn sẽ xảy ra. Trong màn trập lăn, tất cả các pixel của mảng trong cảm biến hình ảnh không được phơi sáng đồng thời và từng hàng pixel của cảm biến được quét tuần tự. Do đó, nếu một đối tượng di chuyển nhanh hơn thời gian phơi sáng và thời gian đọc của cảm biến hình ảnh, hình ảnh sẽ bị biến dạng do phơi sáng cuộn. Đây được gọi là hiệu ứng màn trập lăn.

Hiệu ứng màn trập lăn khi chụp vật thể xoay:

Trong khi chụp các đối tượng quay tốc độ cao ở chế độ màn trập lăn, hiện tượng biến dạng và hiện tượng màn trập dễ xảy ra như thể hiện trong hình ảnh bên dưới.

Trong so sánh ở trên, hình ảnh được chụp ở chế độ màn trập toàn cầu ghi lại hình dạng của cánh quạt một cách hoàn hảo, trong khi nó bị biến dạng ở chế độ màn trập lăn.

Hiệu ứng màn trập lăn khi chụp đối tượng chuyển động tuyến tính

Ở chế độ màn trập lăn, biến dạng và hiện tượng màn trập xảy ra khi chụp các đối tượng chuyển động tốc độ cao như minh họa trong ảnh bên dưới.

Trong phần so sánh ở trên, đối tượng di chuyển theo hướng tuyến tính từ trái sang phải được chụp ở chế độ Cửa trập toàn cầu khôi phục hình dạng của đối tượng một cách hoàn hảo. Hình ảnh được chụp ở chế độ màn trập lăn tạo ra hiệu ứng màn trập lăn ở dạng mờ theo chiều ngang.

Ưu điểm và nhược điểm của màn trập toàn cầu và màn trập lăn

Camera màn trập toàn cầu chủ yếu được sử dụng để chụp các đối tượng chuyển động tốc độ cao mà không có hiện vật và chuyển động mờ. Camera màn trập toàn cầu được sử dụng trong các ứng dụng như theo dõi bóng, tự động hóa công nghiệp , robot kho hàng , máy bay không người lái, hình ảnh tế bào sống, v.v.

Cảm biến màn trập lăn cung cấp độ nhạy tuyệt vời cho hình ảnh và có thể được sử dụng cho các ứng dụng tiết kiệm chi phí. Nó chủ yếu được sử dụng để chụp các đối tượng chuyển động chậm như máy kéo nông nghiệp, băng tải tốc độ chậm và các ứng dụng độc lập như ki-ốt , máy quét mã vạch, v.v.