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如何选择合适的工业相机快门种类

发布时间:2025-07-04 15:46:58

      在工业相机领域,常见的三种快门类型:全局快门(Global Shutter)、卷帘快门(Rolling Shutter)以及全局复位式卷帘快门(Global - reset rolling Shutter)。我们主要来讲讲全局快门(Global Shutter)和卷帘快门(Rolling Shutter)的区别及应用。
快门类型就是传感器在生成可被相机解读为图像的电信号(即读出过程)之前,捕获光线(即曝光过程)的工作方式。全局快门(Global Shutter)和卷帘快门(Rolling Shutter)的选择直接影响成像质量、测量精度和系统稳定性。以下是两者在工业应用中的详细对比:

一、工作原理差异
1. 全局快门(Global Shutter)
曝光方式:所有像素在同一时刻开始和结束曝光,瞬间捕获完整画面,类似“瞬时快照”。
技术实现:每个像素集成存储单元(如额外的电容),曝光后电荷暂存,再逐行读出。
时序控制:通过全局复位信号同步所有像素的曝光起始和结束。
核心优势:时间一致性强,适合高速运动或需要严格时序同步的场景(如多相机协同)。

全局快门工作方式

2. 卷帘快门(Rolling Shutter)
曝光方式:像素逐行(或逐列)顺序曝光,每行之间有微秒级延迟(如从顶部到底部扫描)。
技术实现:利用CMOS传感器的天然逐行读取特性,无需额外存储单元。
时序控制:曝光和读取同步进行,当前行在读出的同时,下一行开始曝光。
核心问题:时间错位导致运动物体畸变(果冻效应)或闪光灯曝光不均。
这种逐行积分的工作机制,使得卷帘快门的运作方式类似于窗帘或百叶窗的滚动效果。

二、工业应用场景
1.全局快门--拍摄快速移动的物体
在工业视觉应用中,当需要拍摄运动物体(如生产线上的快速移动产品或交通监控中的行驶车辆)时,全局快门传感器展现出独特的优势。
该技术通过同步曝光所有像素点的特性,确保每帧图像采集时所有像素同时开始和结束曝光。关键在于设置足够短的曝光时间,以有效避免运动模糊的产生,从而精准定格运动瞬间。最终,获取细节清晰、边缘锐利的高质量图像,满足工业检测和交通监控等场景对图像精度的严格要求。
全局快门的典型应用
  • 高速运动检测
例如:生产线上的零件分拣(传送带速度>1m/s)、弹道轨迹分析。
原因:避免运动模糊和畸变,确保测量精度。
  • 多相机同步系统
例如:3D立体视觉、机器人引导(需多个相机严格同步触发)。
原因:全局快门可保证所有相机在同一时刻捕获图像。
  • 高精度测量
例如:PCB焊点检测、精密尺寸计量、电子元件贴装检测、瓶装饮料液位检测、包装印刷缺陷检测等。
原因:像素间无时间差,边缘定位更准确。

2.卷帘快门 – 拍摄相对缓慢的物体
当拍摄快速移动的物体时,卷帘快门由于采用逐行曝光的工作机制,会带来特殊影响。虽然所有像素行的曝光持续时间相同,但每行开始和结束曝光存在微小时间差。在这个时间差内,物体持续移动,导致物体在相邻像素行中的成像位置发生偏移。最终生成的图像将出现扭曲变形,其畸变程度取决于物体运动速度与卷帘快门扫描速度的相对关系。
考虑到卷帘快门的价格比全局快门更具优势,当拍摄的物体不是快速移动物体时,卷帘快门更加适合使用。

卷帘快门的适用场景
  • 低速或静态场景
例如:仓储物流扫码(条码静止或低速移动)、半导体晶圆检测、LCD面板缺陷检测、精密零件尺寸测量。
优势:成本低,功耗小,帧率更高(如500fps以上)。
  • 需要高分辨率的场景
例如:大视场表面缺陷检测(如纺织品、玻璃面板)。
原因:卷帘快门传感器更容易实现高像素(如2000万像素以上)。
  • 预算受限项目
成本差异:同分辨率下,全局快门相机价格可能是卷帘快门的2-5倍。
科研显微应用:生物细胞观测、材料表面分析病理切片扫描。

      全局快门(Global Shutter)采用全像素同步曝光方式,所有像素同时开始曝光并同时结束曝光。而卷帘快门(Rolling Shutter)则采用从上至下的滚动式曝光方式,逐行开始并结束曝光。
      在需要拍摄高速运动物体的场景中(例如生产线上的100%质量检测),全局快门传感器是最佳选择。而对于移动缓慢或静止的物体(如显微镜等科学应用场景),卷帘快门传感器则更为适合。此外,卷帘快门传感器通常具有成本优势,在不需要全局快门的应用中,可有效节省设备成本。



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