全局快门与卷帘快门：检测该选哪一种
快门类型只是规格书上的一行，却在无声中决定一项检测能否成立。它不是品质高低的排序，更贵的传感器往往恰恰是卷帘的。它要回答的问题是：拍照那一刻，您的产品是否在运动。
机理上的差别
全局快门
传感器上所有像素在同一瞬间开始并结束采光。整幅画面是时间上的单一快照，因此无论产品当时在做什么，它的每一部分都在同一时刻做着同一件事。
卷帘快门
传感器逐行从上到下读出。画面底部比顶部晚了一瞬间才被采集。对静止产品无关紧要；对运动产品，每一行看到的产品位置都略有不同。
这个行间延迟就是全部原因。它会产生倾斜：横穿视场的产品被记录成倾倒的样子，因为传感器读到底部行时产品已经移动了。矩形变成平行四边形，圆孔变成椭圆，直边变成斜边。
这比听起来更重要。倾斜不是可以被平均掉的噪声，而是一种系统性几何误差，其大小取决于产品运动的速度，也就是说同一个产品在不同产线速度下会量出不同结果。
卷帘快门与运动模糊不是同一个问题
这两者经常被混为一谈，而解决其中一个并不能解决另一个。
运动模糊
产品在单次曝光期间移动了，因此边缘拖影。两种快门都会受影响。解决办法是缩短曝光，也就意味着需要更多光。
卷帘快门倾斜
产品在顶部行与底部行被读出之间移动了。只有卷帘快门会受影响。缩短曝光无法解决，因为读出时间该多长还是多长。每一行都可以完全清晰，而整幅画面在几何上依然是错的。
所以在运动产线上有两个彼此独立的问题要解决。曝光负责模糊，快门类型或频闪光源负责倾斜。
频闪光源这个例外
可以让卷帘快门表现得像全局快门，诀窍是控制光而不是控制传感器。在遮光罩内打开快门，触发一次极短的高强度闪光，然后完成读出。产品只在闪光持续的时间内被照亮，因此无论何时被读出，每一行记录的都是同一瞬间。
这种方式效果好且常见，但有前提条件：
- 工位必须足够暗，使环境光在读出期间不产生任何贡献，这通常意味着要加遮光罩。
- 您需要频闪控制器和能达到该强度的光源，因此照明不再是一个简单的常亮环形灯。
- 闪光必须与触发和读出同步，这就多了一项要调试的内容，也多了一处可能失准的地方。
作为粗略参考，我们自己的相机说明了这种取舍：OV80i 使用卷帘快门，无频闪时曝光 16 毫秒，加频闪后约 10 微秒。这是三个数量级的差距，也正是一个传感器能不能检测运动产品的分界线。
如何取舍
先回答一个问题：拍摄那一刻产品在运动吗？
| 场景 | 选择 |
|---|---|
| 产品步进并在相机前停住 | 都可以。没有运动时快门类型就不重要了，改按分辨率来选。 |
| 产品在输送带上连续运动 | 全局快门，或在遮光工位内使用卷帘快门配频闪。 |
| 您要给出运动产品的尺寸数据 | 全局快门。倾斜就是测量误差，且随产线速度增大。 |
| 相机装在机器人手臂上 | 全局快门，除非手臂在拍摄前已完全静止。 |
| 连续卷材、卷筒或片材 | 全局快门，或使用线扫相机，后者从设计上就绕开了这个问题。 |
| 您需要极高分辨率且产品可以停下 | 卷帘快门是合理选择。高分辨率传感器往往是卷帘的，而让产品停下就消除了缺点。 |
一个实际案例。输送带上意面的裂纹意味着连续运动、有机形状和细微缺陷。这个组合需要全局快门，因为在不规则产品上，倾斜与产品本身确实不规则无法区分。我们在该应用上的实际部署使用了 OV20i，它是全局快门。
规格书上要确认什么
- 明确写出的快门类型。如果没写，就当作卷帘，因为全局快门是厂商会主动宣传的卖点。
- 最短曝光时间；若传感器为卷帘，还要看加与不加频闪两种情况。两个数字之间的差距说明了频闪起了多大作用。
- 是否有硬件触发输入。软件定时会漂移，而在高速产线上，这点漂移就是整个缺陷的尺度。
- 帧率要比产线节拍有余量，且要算上判定和执行的时间，而不只是拍摄的时间。
我们的光学计算器中包含一个最大产品速度计算器，它以您的运动模糊容差和可用曝光时间（含加与不加频闪）为输入，给出在图像仍然可用的前提下产线能跑到的最快速度。工业相机指南涵盖了传感器选择的其余部分；照明与本主题不可分割，因此我们关于机器视觉照明的文章值得一并阅读。若要了解整个工位而不只是相机，请看机器视觉系统.
常见问题
全局快门和卷帘快门有什么区别？
全局快门让传感器所有像素在同一瞬间曝光，因此整幅画面是时间上的单一快照。卷帘快门逐行读出传感器，因此图像底部比顶部稍晚被采集。对静止产品，这个差别无关紧要。对运动产品，行间延迟使每一行记录到的产品位置不同，从而使图像几何发生倾斜。
为什么卷帘快门会让运动产品变形？
因为在传感器自上而下读出的过程中产品一直在移动。读到下部行时产品已经前进，于是矩形记录成平行四边形，圆孔记录成椭圆，直边记录成斜边。误差大小随产品速度增大，也就是说同一个产品在不同产线速度下会量出不同结果。
卷帘快门倾斜和运动模糊是一回事吗？
不是，而且需要不同的解决办法。运动模糊是产品在单次曝光期间移动造成的拖影，两种快门都会出现，缩短曝光即可解决。卷帘快门倾斜是产品在首行与末行读出之间移动造成的几何畸变。缩短曝光无法解决倾斜，因为读出时间该多长还是多长。每一行都可以完全清晰，而整幅画面的形状依然是错的。
频闪光源能让卷帘快门在运动产线上可用吗？
可以，而且这是常见做法。在遮光的暗工位内，一次极短的高强度闪光只在读出时间的一小部分内照亮产品，因此无论何时被读出，每一行记录的都是同一瞬间。前提条件是：环境光在读出期间不得有任何贡献；需要频闪控制器和能达到该强度的光源；闪光必须与触发同步。作为量级参考，卷帘快门传感器无频闪时可能需要 16 毫秒曝光，加频闪后约 10 微秒。
检测该用哪种快门？
如果产品步进并在相机前停住，两种都可以，应改按分辨率选择。如果产品连续运动、您要给出运动产品的尺寸、相机装在机器人手臂上，或您检测的是连续卷材，请使用全局快门，或在遮光工位内使用卷帘快门配频闪。当您需要极高分辨率且可以让产品停下时，卷帘快门是合理选择，因为高分辨率传感器多为卷帘。
工厂检测是不是一定要用全局快门？
不一定，但工厂里大多数被拍摄对象都在运动，所以全局快门是更保险的默认选择。真正决定的问题是拍摄那一刻产品是否在运动，而不是应用是否属于工业场景。放在步进工装上并完全停住的产品，可以彻底消除这个顾虑。
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