数码相机中的机械快门[最新]

数码相机中的机械快门[最新] 数码相机中的机械快门(2009-01-15 02:02:26) 标签:数码相机 电子快门 分类:技术 常常有人问:数码相机中为何使用机械快门,要回答这个问题并不简单，首先我们需要知道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, 1.电子卷帘快门(electronic rolling shutter)。 目前大多数CMOS传感器采用这种快门。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，和机械的焦平面快门非常像。 和机械式 焦平面快 门一样， 对高速运 动的物体 会产生明 显的变形。而且因为其扫描速度比机械式焦平面快门慢，变形会更加明显。例如如果数据的读出速度是每秒20帧，那么图像顶部和底部的曝光先后差异将多达50毫秒。为了弥补这个缺陷，通常数码相机中通常配合机械快门，曝光开始时整个图像传感器清零(目前的绝大多数传感器都具备快速清零功能，可以在几个时钟周期内完成整个传感器的清零)，然后机械快门打开，曝光结束后机械快门关闭，数据顺序读出。 2)全局快门(global shutter/snapshot shutter)。 最主要的区别是在每个像素处增加了采样保持单元，在指定时间达到后对数据进行采样然后顺序读出，这样虽然后读出的像素仍然在进行曝光，但存储在采样保持单元中的数据却并未改变。 这种机构的主要缺点在于增加了每个像素的元件数目，使得填充系数降低，所以很难设计出高像素数的传感器，另外采样保持单元还引入了新的噪音源。目前只有Micron和Cypress生产具有全局快门的CMOS传感器，主要用于机器视觉和超高速摄影，目前最高分辨率为4M。 从上面可以看出，如果电子卷帘快门的移动速度如果能达到机械式焦平面快门的水平，就可以解除对机械快门的依赖。也就是必须提高数据的读出速度。这个速度的主要瓶颈在于电荷从列放大器转移到公用数据线所需时间，具体来说就是通过一个运放给一个电容充电的过程，要提高其速度只能通过提高运放速度或降低电容值。前者会增加功耗和噪音，而后者则和传感器的行数成正比，所以像素数目越多则读出速度会越慢。短时间内，电子卷帘快门速度还达不到机械式焦平面快门的水平。