Image Sensor卷帘曝光(Rolling Shutter)基本原理以及对曝光行的通俗理解

本文介绍Image Sensor卷帘曝光(Rolling Shutter)基本原理。

卷帘曝光(Rolling Shutter)是Image Sensor常见的曝光方式,市面上的OV,Sony,ON都有大量的Image Sensor采用这种曝光方式。曝光控制关系到Image Sensor的成像质量,本文简要介绍其基础原理和应用。
1.基本原理

Rolling Shutter的曝光控制过程涉及2个控制信号:reset信号,read信号。

1)reset信号:负责将1行像素清零

2)read信号:负责读取1行像素数据

Rolling Shutter的曝光控制是以行为单位进行的(最小单位为行),在对1行进行曝光前,需将其reset(清0),然后等待一段时间(曝光时间,以行为单位),再读取这1行,读完这1行才算曝光完毕,在下一次reset之前,这些行处于自由曝光状态。曝光控制过程如下图:

其中,

### 图像传感器与电动卷帘曝光原理 #### 电动卷帘曝光机制 在图像采集过程中,电动卷帘门(Rolling Shutter)是一种常见的曝光方式。不同于全局快门(Global Shutter),它不是一次性捕捉整个场景,而是逐扫描并暴露感光元件上的像素阵列。这意味着每一曝光时间略有不同,在快速运动的情况下可能会引起几何失真现象[^1]。 #### 工作流程描述 当采用滚动快门模式时,相机从顶部到底部依次读取各数据。对于每一条水平线来说,其实际被照亮的时间点取决于该位置在整个帧周期内的相对顺序。因此,如果拍摄对象正在高速移动,则可能导致倾斜效果或其他形式的空间扭曲。 #### 应用实例分析 尽管存在上述局限性,但在许多应用场景下,这种技术依然具有优势: - **成本效益高**:相比全局快门方案而言,实现更加简单且经济实惠; - **低功耗特性**:适合用于便携式设备如智能手机和平板电脑中; - **适用于静态或缓慢变化环境下的高质量成像需求**; 值得注意的是,在某些特定条件下,比如监控系统或者工业自动化领域内,为了减少因物体位移造成的画面变形问题,通常会采取措施来补偿由滚动快门效应带来的影响[^2]。 ```python import cv2 def capture_image_with_rolling_shutter(): cap = cv2.VideoCapture(0) while True: ret, frame = cap.read() # Simulate rolling shutter effect by delaying row-by-row readout for i in range(frame.shape[0]): delay_time = i * 0.001 # Adjust this value to simulate different speeds of the rolling shutter time.sleep(delay_time) cv2.imshow('Frame', frame) if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'): break cap.release() cv2.destroyAllWindows() capture_image_with_rolling_shutter() ```
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