CMOS-Rolling Shutter-Kameras

Wie arbeitet eine Rolling Shutter-Kamera?

Die Rolling Shutter-Technologie wird in vielen digitalen Kamerasensoren und Bildaufnahmemodulen eingesetzt. Beim Rolling Shutter erfolgt die Belichtung jeder Pixelzeile des Bildsensors zeitlich versetzt. Je nach Sensortyp geschieht dies entweder von oben nach unten oder in manchen Fällen von links nach rechts. Beim Global Shutter hingegen werden alle Pixel eines Bildsensors gleichzeitig belichtet.

Die Vorteile moderner Rolling Shutter-Kameras

Die Belichtung und das Auslesen der Lichtinformationen, die auf der Sensoroberfläche erfasst werden, erfolgt beim Rolling Shutter anders als beim Global Shutter. Die Elektronik, die diesen Prozess steuert, ist in Rolling Shutter-Sensoren weniger komplex als in Global Shutter-Sensoren. Sie besteht aus weniger Bauteilen und ist auch dadurch im Preis günstiger. Dank der geringeren Anzahl von Transistoren entsteht weniger Wärme und weniger Rauschen, was wiederum die Empfindlichkeit des Sensors verbessert.

Rolling Shutter-Sensoren zeichnen sich aus durch:

• gute Bildqualität durch niedriges Rauschen bei höheren Auflösungen

• Kosten- und Energieeffizienz dank vereinfachtem Design

Aufgrund der zeilenweisen Belichtung können Verzerrungen entstehen, wenn sich das abgebildete Objekt zwischen dem Beginn der Belichtung der ersten Zeile und dem Beginn der Belichtung der letzten Zeile schnell bewegt.

Beim Auslesen der Bilddaten werden die belichteten Zeilen in der gleichen Reihenfolge zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Aufgrund der zeitlichen Verzögerung bei der Belichtung der einzelnen Zeilen wird dieser zeitliche Versatz auch im zusammengesetzten Bild in Form von Verzerrungen sichtbar.

Beispiele für Situationen, in denen Verzerrungen bei Rolling Shutter-Kameras auftreten können, weil sich Objekt oder Kamera schnell bewegen:

Schnell fahrende Fahrzeuge: Wenn man ein Auto, Zug oder Motorrad aufnimmt, das in hoher Geschwindigkeit vorbeifährt, können die Räder des Fahrzeugs elliptisch und das gesamte Fahrzeug schief dargestellt werden.

Propeller und Rotorblätter: Beim Filmen schnell rotierender Gegenstände wie Hubschrauberrotoren oder Flugzeugpropellern können diese als verbogene Streifen erscheinen anstatt als kreisförmige Bewegungen.

Objekte auf einem Fließband: Im Rahmen der Qualitätskontrolle werden fehlerhafte oder verunreinigte Objekte mithilfe von Machine Vision Systemen entdeckt und aussortiert. Bei Fabrik-Anwendungen mit hohem Durchsatz können gerade Linien schräg oder gebogen erscheinen und dadurch die Genauigkeit der Ergebnisse beeinträchtigen.

Lauf- oder schnelle Sportarten: Beim Filmen von Personen, die rennen oder Sportarten wie Fußball, Tennis oder Leichtathletik ausüben, können die Beine und Arme der Athleten verzerrt und gebogen erscheinen.

Schwenken der Kamera: Beim schnellen Schwenken der Kamera, zum Beispiel bei einer Szenenverfolgung, können gerade Linien, wie Gebäude oder Zäune, schief und gebogen dargestellt werden.