グローバルシャッターがモーションアーティファクトを軽減する方法

ローリングシャッターとその限界を理解する

グローバル シャッターの利点を十分に理解するには、より一般的なシャッターであるローリング シャッターの限界を理解することが重要です。ローリング シャッターは、イメージ センサーのさまざまな部分をさまざまなタイミングで露出します。この連続スキャンにより、さまざまな種類のモーション アーティファクトが発生する可能性があります。

• ✔️歪み:カメラまたは被写体が水平方向に移動している場合、直線が傾いたり曲がったりして表示されます。
• ✔️揺れ (ジェロ効果):特に振動や急激な動きの際に、画像が揺れたり歪んだりするように見えます。
• ✔️部分露出:高速で移動する物体は、1 つのフレームに部分的にしか捉えられない場合があります。

これらのアーティファクトは、画像の上部が下部とわずかに異なる時間に撮影されるために発生します。ローリング シャッターはコスト効率が高く、実装も簡単ですが、動的なシーンでは画像の忠実度が低下します。

グローバルシャッターの利点: シーン全体を一度に撮影

グローバル シャッターは、画像センサー全体を同時に露光することで、ローリング シャッターに固有の問題に対処します。つまり、画像内のすべてのピクセルが同じ時間、同じ時間に光にさらされます。これにより、モーション アーティファクトの原因となる時間差が排除されます。

グローバルシャッターの動作原理には、いくつかの重要な段階が含まれます。

• ✔️電荷転送:各ピクセルは、受け取る光の量に比例して電荷を蓄積します。
• ✔️同時読み出し:すべてのピクセルが同時に読み出され、シーン全体のスナップショットがキャプチャされます。
• ✔️リセット:ピクセルがリセットされ、次の露出の準備が整います。

グローバルシャッターは、画像全体を 1 回の同期された瞬間に撮影することで、動きによる歪みのないシーンの正確な表現を提供します。

グローバルシャッターのメリットを享受できるアプリケーション

グローバルシャッターにはさまざまな利点があるため、正確な画像キャプチャが重要な幅広いアプリケーションに欠かせません。

マシンビジョン

マシンビジョンでは、グローバルシャッターは生産ライン上の可動部品の検査に不可欠です。モ​​ーションアーティファクトがないため、正確な測定と信頼性の高い欠陥検出が保証されます。これにより、品質管理が改善され、効率が向上します。

ロボット工学

ロボットは視覚データを利用して移動し、環境とやり取りします。グローバル シャッターにより、ロボットは動的なシーンを正確に認識して対応できるようになり、精度と応答性が向上します。これは、自律走行車や倉庫の自動化などのアプリケーションで特に重要です。

仮想現実（VR）と拡張現実（AR）

VR および AR システムには、低遅延で忠実度の高いビジュアル データが必要です。グローバル シャッターは、ユーザーに不快感や方向感覚の喪失を引き起こす可能性のあるモーション アーティファクトを最小限に抑え、没入感を高めます。正確なトラッキングとレンダリングは、リアルで魅力的な VR/AR アプリケーションに不可欠です。

スポーツ放送

スポーツの速い動きを撮影するには、モーションブラーや歪みを最小限に抑えるカメラが必要です。グローバルシャッターにより、放送局はスポーツイベントの鮮明な画像を配信し、視聴者の視聴体験を向上させることができます。

科学画像

科学研究において、正確で信頼性の高いデータは最も重要です。グローバル シャッターは、顕微鏡検査、高速画像処理、その他の科学アプリケーションで使用され、急速に変化する現象の正確な画像を撮影します。これにより、研究者は複雑なプロセスをより正確に分析し、理解することができます。

CMOSセンサーとグローバルシャッター技術

相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) センサーは、デジタル画像処理でますます普及しています。初期の CMOS センサーでは主にローリング シャッターが使用されていましたが、技術の進歩により、グローバル シャッター機能を CMOS 設計に統合できるようになりました。これにより、さまざまなアプリケーションでグローバル シャッターが広く採用されるようになりました。

グローバルシャッター CMOS センサーにはいくつかの利点があります。

• ✔️高速: CMOS テクノロジーにより高速読み出し速度が実現し、グローバルシャッターによる高速画像処理が可能になります。
• ✔️低消費電力: CMOS センサーはエネルギー効率に優れていることで知られており、バッテリー駆動のデバイスに適しています。
• ✔️コンパクトサイズ: CMOS センサーは小型で製造できるため、組み込みビジョン システムに最適です。

グローバルシャッター CMOS センサーの開発により、この技術のアクセシビリティと適用性が大幅に拡大しました。

グローバルシャッターカメラを選ぶ際に考慮すべき要素

適切なグローバル シャッター カメラを選択するには、アプリケーションの特定の要件を満たすことを確認するために、いくつかの重要な要素を考慮する必要があります。

• ✔️解像度:センサーの解像度によって、画像にキャプチャされる詳細レベルが決まります。細かい詳細を必要とするアプリケーションでは、より高い解像度が必要です。
• ✔️フレーム レート:フレーム レートは、カメラが 1 秒間にキャプチャできる画像の数を示します。高速で移動するオブジェクトやイベントをキャプチャするには、より高いフレーム レートが不可欠です。
• ✔️センサー サイズ:センサー サイズは視野と捉える光の量に影響します。通常、センサーが大きいほど、特に暗い場所では画質が向上します。
• ✔️ピクセル サイズ:ピクセル サイズは、センサーの感度とダイナミック レンジに影響します。ピクセルが大きいほど、光に対する感度が高くなります。
• ✔️インターフェース:カメラ インターフェース (USB、イーサネット、カメラ リンクなど) によって、カメラがホスト システムに接続する方法とデータ転送速度が決まります。

これらの要素を慎重に評価することで、特定のニーズに最適なパフォーマンスを提供するグローバル シャッター カメラを選択できます。

グローバルシャッター技術の未来

グローバル シャッター テクノロジーは、センサーの設計と製造プロセスの進歩によって進化し続けています。研究者は、グローバル シャッター センサーの性能を向上させてコストを削減し、より幅広いアプリケーションで利用しやすくするための新しい方法を模索しています。

グローバルシャッター技術の将来のトレンドは次のとおりです。

• ✔️高解像度:センサー技術の継続的な進歩により、さらに高解像度のグローバル シャッター センサーが可能になります。
• ✔️感度の向上:研究者は、グローバルシャッターセンサーの感度を高め、暗い場所でも優れたパフォーマンスを発揮できるように取り組んでいます。
• ✔️ピクセルサイズの縮小:ピクセルサイズを縮小することで、よりコンパクトで高解像度のグローバルシャッターセンサーの開発が可能になります。
• ✔️ AI および機械学習との統合:グローバルシャッターカメラは、高度な画像処理と分析を可能にするために、AI および機械学習アルゴリズムと統合されるケースが増えています。

これらの進歩により、グローバルシャッター技術の機能と用途がさらに拡大し、動的な環境で正確で信頼性の高い画像を撮影するためのさらに重要なツールになります。

結論

グローバル シャッターは、モーション アーティファクトを減らし、正確な画像キャプチャを保証する上で重要な役割を果たします。イメージ センサー全体を同時に露出できるため、ローリング シャッターによる歪みが排除され、精度と忠実度が求められるアプリケーションには欠かせません。テクノロジーが進歩するにつれて、グローバル シャッターはさらに強力で多用途になり、さまざまな分野で新たな可能性が生まれます。

マシンビジョンから VR/AR まで、グローバルシャッター技術の利点は否定できません。カメラや画像システムを扱う人にとって、その原理と用途を理解することは、画像を可能な限り鮮明かつ正確に撮影するために不可欠です。

よくある質問

グローバルシャッターとは何ですか?

グローバルシャッターは、カメラのイメージセンサー全体を同時に露光し、すべてのピクセルを同じ瞬間にキャプチャするタイプのシャッターです。

グローバルシャッターとローリングシャッターの違いは何ですか?

センサーをラインごとに露光するローリング シャッターとは異なり、グローバル シャッターはすべてのピクセルを一度に露光し、時間差によって生じるモーション アーティファクトを排除します。

モーションアーティファクトとは何ですか?

モーション アーティファクトとは、画像のキャプチャ プロセス中の動きによって生じる画像の歪み (歪み、揺れ、部分的な露出など) です。

グローバルシャッターはどのようなアプリケーションでよく使用されますか?

グローバルシャッターは、動く物体を正確に捉えることが重要なマシンビジョン、ロボット工学、VR/AR、スポーツ放送、科学的画像処理などのアプリケーションで使用されます。

グローバルシャッターを使用する利点は何ですか?

主な利点としては、モーションアーティファクトの除去、画像の鮮明度の向上、動的シーンのより正確な表現などが挙げられます。

グローバルシャッターカメラはローリングシャッターカメラよりも高価ですか?

一般的に、グローバルシャッターカメラは、センサーの設計と製造プロセスが複雑なため、ローリングシャッターカメラよりも高価になる傾向があります。

CMOS センサーにグローバルシャッターを搭載できますか?

はい、技術の進歩により、グローバルシャッター機能を CMOS センサーに統合できるようになり、より広く利用できるようになりました。

グローバルシャッターカメラを選択する際に考慮すべき要素は何ですか?

考慮すべき重要な要素には、アプリケーションの特定の要件に応じて、解像度、フレーム レート、センサー サイズ、ピクセル サイズ、インターフェイスなどがあります。