电子快门ElectricShutter曝光时间说明-Xueyayang.PDF

电子快门（ElectricShutter）曝光时间说明 August26,2014 1 电子快门是什么？ 机械快门可以理解为一道真的“门”，打开光线进来，关闭停止接受光 线，“打开——关闭”就是曝光时间。电子快门没有物理上的门， 而是利用了CCD感光系统不通电不工作的原理，在CCD不通电的情况下， 尽管像场窗口仍然“大敞开”，但是并不能产生图像。如果在按下快门钮时， 使用电子时间电路，使CCD只工作“一个指定的时间长短”，就也能获得像 有快门“瞬间打开”一样的效果。——来自百度百科 需要说明的是，上面提到的是CCD感光系统，查资料过程中发现Sensor有 CCD与CMOS的区分。具体意味着什么不详，但不影响对电子快门曝光时 间的理解。 总结起来，机械与电子快门的曝光时间的定义： • 机械快门曝光时间：【打开——接收光线——关闭】之间的间隔。 • 电子快门曝光时间：【将像素清零——接收光线——读取该像素】之间 的间隔。 2 电子快门分两类：RollingShutter与Global Shutter Rolling Shutter，即卷帘快门。 顾名思义，帘子通常是自上往下慢慢拉开的，所以曝光也是一行一行进行 的。这种快门的特点是，捕捉到的一幅图像中，各部分不是同一刻的。为什 1 3 ELECTRICALSHUTTERTIME与NUMBEROFLINE 2 么？假设拍一个人，从头部开始拉开帘子，即曝光第一行，是当前时刻 。 帘子慢慢拉下，当完全拉开到脚部时，已经到了时刻 ∆_t。用通常的1 秒30帧的速度来考虑，头和脚的时间差距有33ms左右。 这样拉帘子慢慢曝光并非有什么好处。而仅仅是因为电子器件本身的 特性，即数据读出无法做到同时进行，而只能串行（一行一行依次来读）： CMOS传感器的工作方式并不是像很多人想象的那样通过一个信号线 就可以控制曝光的开始和结束。传感器的感光二极管不停的在捕获入射光 子并转换成电子存储在电荷井中，控制部分可以将其读出和清零，但不能 停止曝光。那么电子快门是怎么实现的呢？ 对任一像素，在曝光开始时现将其清零，然后等待曝光时间过后，将信 号值读出。因为数据的读出是串行的，所以清零/曝光/读出也只能逐行顺序 进行，通常是从上至下。 可以想象，这种快门拍摄高速运动的物体，会产生明显的变形。 Global Shutter，即全局快门。 全局快门没有拉帘子的过程，而是走到帘子前一把扯掉，全部曝光，然后再 同时停止曝光。这样就保证了一帧图像中，各部分内容发生于同一时刻。 那如何解决串行读取数据的问题？解决的方法是，为每一个像素配一 个存储单元。即，扯掉帘子——曝光——将像素搬到配套存储单元——读取。 相当于在读取之前，找家“仓库”转存了一下。在进行下一帧曝光的时候， 可以慢慢地去仓库搬。 可以想像，这种方案成本比较贵。 3 ElectricalShutterTime与numberofline 手册里提到： 现在的问题是： • line是什么？从哪儿出来的？ • number是怎么计算的？ 3 ELECTRICALSHUTTERTIME与NUMBEROFLINE 3 首先说明，这两个问题只有在RollingShutter中才有，GlobalShutter“咔 嚓”一声就完了，没有line的问题，直接是全帧。 在RollingShtter中，由于帘子是一行一行拉下来的（实际可能是一个 像素点一个像素点，这里是方便说明），所以第一行接受到光线时，第二行 还一片黑暗；第二行接受到光线时，第一行已经享受了一段时间，而第三 行还是一片黑暗……画个简单的示意图（黑色表示未曝光，红色表示已曝 光），： 3 ELECTRICALSHUTTERTIME与NUMBEROFLINE 4 4 结论