L’obturateur global (global shutter en anglais) est utilisé pour capturer des objets en mouvement, tandis que l’obturateur roulant (rolling shutter en anglais) est utilisé pour capturer des images fixes. Une caméra à rolling shutter est moins coûteuse, notamment pour des résolutions supérieures à 1,6 mégapixel. Par exemple, notre caméra à rolling shutter de 12 MP coûte environ 200 euros : MER2-1220-32U3C. En revanche, notre caméra à global shutter de 12 MP coûte environ 1000 euros : ME2P-1230-23U3C. Un global shutter a des pixels plus grands, nécessitant ainsi un capteur plus grand qu'une caméra à rolling shutter. En conséquence, une caméra à global shutter est plus sensible à la lumière et produit des images plus nettes.
Le temps d'exposition est la période pendant laquelle l'obturateur est ouvert, de son ouverture à sa fermeture. Pendant cette période, la lumière atteint le réseau photosensible de la puce, provoquant l'effet photoélectrique. Ensuite, des charges photoélectriques sont produites. Grâce à la transformation A/D, the grayscale (la valeur en niveaux de gris) de chaque pixel est affichée. Sous une certaine intensité lumineuse, plus l'obturateur reste ouvert longtemps, plus le temps d'exposition est long, plus l'image est lumineuse. Un temps d'exposition long peut montrer la trajectoire d'objets en mouvement lent sur une image. Un temps d'exposition court peut enregistrer les détails de manière plus précise.
Avec le développement de la technologie, le film a progressivement cédé la place à la puce, et la méthode de contrôle de l'obturateur est également passée d'un contrôle mécanique à un contrôle électrique. Lors de l'utilisation du mode de contrôle électrique, une nouvelle exposition commence lorsque la charge de l'unité photoélectrique est complètement vidée. Lorsque la charge de l'unité photoélectrique est transférée, l'exposition se termine.
Pour le capteur CCD/CMOS global shutter, la caméra démarre et arrête simultanément l'exposition de tous les pixels d'un réseau. Cependant, pour les capteurs CMOS rolling shutter, la caméra n'expose qu'une ligne à la fois, puis passe à la deuxième ligne, etc. Elle lit une ligne à la fois, et au moment où elle lit la ligne suivante, l'objet s'est déplacé. C’est l’effet Rolling Shutter qui peut déformé un objet.
Un processus d'exposition complet est divisé en 4 étapes : réinitialisation, intégration, opération de mémoire et lecture. Comme illustré dans la figure 3 ci-dessous :
La différence entre globla shutter et rolling shutter réside dans le fait que le moment de l'exposition est exactement le même pour les différentes lignes de l'image.
Comme indiqué dans la figure suivante 4 : en mode Global Shutter chaque pixel du capteur commence et termine l'exposition simultanément, nécessitant ainsi une grande quantité de mémoire. L'ensemble de l'image peut être stocké dans la mémoire après la fin de l'exposition et peut être lu progressivement. Le processus de fabrication du capteur est relativement complexe et le prix est relativement élevé. L'avantage est qu'il peut capturer des objets en mouvement à grande vitesse sans distorsion, et son application est plus étendue.
En mode Rolling Shutter, différentes lignes de la matrice sont exposées à des moments différents à mesure que l'onde de lecture balaye le capteur. Cela est illustré dans la figure 5 suivante : la première ligne s'expose en premier, puis, après un temps de lecture, la deuxième ligne commence son exposition, et ainsi de suite. Ainsi, chaque ligne est lue, puis la ligne suivante peut être lue. Chaque pixel du rolling shutter n'a besoin que de deux transistors pour transporter les électrons, ce qui entraîne une production de chaleur réduite et un faible niveau de bruit. Comparé au capteur global shutter, la structure du capteur rolling shutter est plus simple et moins coûteuse. Cependant, chaque ligne n'est pas exposée simultanément, ce qui peut entraîner une distorsion lors de la capture d'objets en mouvement rapide.
N'hésitez pas à nous contacter ci-dessous, nous pouvons vous aider à choisir entre une caméra Global Shutter ou Rolling Shutter la plus adaptée à votre projet.
La disparité en termes d'imagerie entre un capteur Global shutter et un capteur Rolling shutter se manifeste principalement dans l'acquisition d'images dynamiques (en mouvement) :
La séquence d'images suivante permet d'interpréter le processus d'imagerie d'un capteur à obturateur roulant (rolling shutter) capturant un chien en mouvement. Le chien court de droite à gauche. Lorsque la première ligne commence son exposition, la tête du chien entre tout juste dans le cadre. Lorsque la dernière ligne commence son exposition, le chien est presque hors du cadre. À chaque ligne exposée, le chien se trouve à une position différente, de sorte que l'image finale montre un chien 'divisé'.
Si la vitesse de déplacement n'est pas très élevée et que la luminosité varie lentement, le problème discuté ci-dessus a peu d'impact sur l'image. En général, l'utilisation d'un global shutter au lieu d'un capteur rolling shutter (obturateur roulant) est la méthode la plus fondamentale et efficace dans les applications à grande vitesse. Cependant, dans certaines applications sensibles au coût ou au bruit, vous pouvez utiliser le flash pour atténuer les effets. Cela est également possible lorsque vous devez utiliser un capteur rolling shutter.
La Figure 9 montre ce qui suit. Le flash est le signal de flash émis par la caméra. Lorsque le signal de flash est élevé, le flash clignote (parfois, lorsque le signal de flash est bas, le flash clignote). Lorsque le flash clignote, toutes les lignes s'exposent en même temps, de sorte que l'image n'a pas de distorsion.
Il y a plusieurs aspects à prendre en compte lors de l'utilisation de la fonction de flash synchronisé avec le capteur à obturateur roulant :
Notez que, avec tout le temps d'exposition pendant lequel un signal de flash est émis, lorsque le temps d'exposition est trop court et le temps de lecture est trop long, toutes les lignes n'ont pas d'exposition superposée. Aucun signal de flash n'est émis, et le flash ne clignote pas.
Lorsque le temps de flash du flash est plus court que le temps d'exposition.
Lorsque le temps de sortie du signal de flash est trop court (au niveau des microsecondes), certaines performances du flash ne peuvent pas répondre à l'exigence de commutation à grande vitesse, de sorte que le flash ne peut pas détecter le signal de flash.
