Глобальный затвор и роллинг-шаттер - что это и с чем их «едят»

Современные CMOS-сенсоры практически полностью захватили рынок, вытеснив из массового применения CCD-матрицы. Основная причина - удешевление производства и некоторые улучшения качества изображения. Но один неприятный эффект так и преследует при цифровой съемке. Он называется роллинг-шаттер. Что же это такое и как от него можно избавиться?

Роллинг-шаттер, построчный перенос (англ. Rolling shutter, раскатывающийся затвор) - это визуальный эффект, возникающий на фотографиях и видеозаписи из-за особенностей способа регистрации изображения матрицами камеры, при котором происходит не моментальная фиксация изображения, а построчное считывание. Из-за чего на изображении могут возникнуть сильные искажения и нестыковки, как показано ниже:

Как мы видим, участки одного кадра отображают разные моменты времен, движущиеся объекты на снимках камер с построчным переносом деформируются. Чем быстрее движется объект, тем сильнее заметна деформация. Особенно заметны эффекты получаются при съёмке вращающихся объектов. 

Причиной роллинг-шаттера является то, что при «скользящем» считывании происходит построчное сканирование матрицы, получая кадр по частям, строка за строкой:

Как же избавится от этого эффекта? Новейшие разработки позволят решить проблему. Они получили название глобального затвора, в котором считывание данных с каждого пикселя матрицы происходит в один и то же момент времени, при этом движущийся объект на изображении как бы «замирает» на месте. Иногда, в ранних публикациях, можно встретить название "кадровый затвор".

Благодаря этому предотвращаются искажения, что делает глобальный затвор идеальным выбором для съемки движущихся объектов или быстрых движений, включая, например, автоматическое распознавание номерных знаков в сфере контроля дорожного движения. Внедрение сенсоров с глобальным затвором только начинается.

Преимущества сенсоров с глобальным затвором:

• высокая частота кадров
• высокое разрешение
• четкие изображения, даже в случае очень короткой экспозиции
• высокие шумовые характеристики, даже в условиях недостаточного освещения
• широкий динамический диапазон
• высокая квантовая эффективность: более 70%

Недостатки сенсоров с глобальным затвором:

• высокая стоимость
• большая потребляемая мощность
• требование в наличии мощного процессора