グローバルシャッターカメラとローリングシャッターカメラとは何ですか?　用途に合ったものはどうやって選べばいいのでしょうか？

アプリケーションに合わせてグローバル シャッター カメラとローリング シャッター カメラのどちらを選択すればよいか迷っていませんか？次に、この記事を読んで、グローバル シャッターとローリング シャッターの違いと、アプリケーションに最適なものを選択する方法をよりよく理解してください。

今日の産業用カメラやイメージング システムには、さまざまな処理や分析の目的で画像を撮影・記録するセンサーが搭載されています。これらのセンサーは電子シャッターを使用して画像を取り込みます。電子シャッターは、センサー上の光子井戸の露光を制御するデバイスです。また、ピクセルがラインごとに露光されるか、完全なマトリックスとして露光されるかどうかも決まります。電子シャッターには主にローリングシャッターとグローバルシャッターの2種類があります。この記事では、シャッターのメカニズム、2 つのシャッターの違い、およびそれらを使用する場所について説明します。

この記事で説明する詳細をよりよく理解するには、次の用語を理解しておく必要があります。

グローバルシャッターとは？

イメージ センサーのグローバル シャッター モードでは、画像取得のたびに、センサーの全ピクセルがプログラムされた露光時間だけ同時に露光を開始し、露光を停止できます。露光時間の終了後、ピクセル データの読み出しが開始され、すべてのピクセル データが読み取られるまで行ごとに読み出されます。グローバル シャッター カメラのこのメカニズムにより、ぐらつきや傾きのない、歪みのない画像が生成されます。グローバル シャッター センサーは通常、高速で移動する物体を撮影するために使用されます。

遠近感を与えるために、640 x 480 の解像度の画像が撮影されます。グローバル シャッターで露光されると、プログラムされた露光期間中、307200 (640 x 480) のセンサー ピクセルすべてが同時に露光されます。

グローバルシャッターは、ローリングシャッターアーチファクトのみを回避することが可能であり、高速で動く被写体と露光に起因するモーションブラーを回避することはできません。グローバル シャッターは、露出レベルが低い場合にのみ、モーション ブラーを発生させずに、移動するオブジェクトの鮮明な画像を撮影するのに役立ちます。しかし、ローリング シャッターでは、露出値が低くても、ローリング シャッター アーティファクトのために生成された画像は歪んだままになります。

ローリングシャッターとは？

グローバル シャッター カメラとは異なり、カメラのローリング シャッター モードでは、一つの行から次の行まで時間的にオフセットして、ピクセル行を次々に露光します。まず、画像の一番上の行が光を集め始めて終了します。すると、次の列が光を集め始めます。これにより、連続する行の集光の終了時間と開始時間に遅れが生じます。各行の合計光収集時間はまったく同じです。

概要を説明すると、解像度 640 x 480 の画像のローリング シャッターでは、480 ピクセル行の最上部が最初に露光され、続いて連続する行が露光されます。

ローリングシャッターの効果

ローリング シャッター センサーとグローバル シャッター センサーのイメージングの違いは、主に動的画像の取得に反映されます。ローリングシャッターセンサーが高速で動く物体を捉えると、ローリングシャッター効果が発生します。ローリング シャッターでは、イメージ センサーのアレイの全画素ピクセルが同時に露光されるのではなく、センサー ピクセルの各行が順番にスキャンされます。このため、被写体がイメージセンサーの露光時間や読み出し時間よりも速く動くと、ローリング露光により画像が歪んでしまいます。これをローリングシャッター効果と呼びます。

回転するオブジェクトを撮影する場合のローリング シャッターの効果:

ローリングシャッターモードで高速回転する物体を撮影すると、下の画像に示すように歪みやシャッターアーティファクトが発生しやすくなります。

上記の比較では、グローバル シャッター モードで撮影された画像はファン ブレードの形状を完全に捉えていますが、ローリング シャッター モードではファン ブレードが変形しています。

線形移動オブジェクトを撮影するときのローリング シャッターの効果

ローリング シャッター モードでは、下の画像に示すように、高速で移動するオブジェクトを撮影すると歪みやシャッター アーティファクトが発生します。

上記の比較では、グローバル シャッター モードで撮影された左から右へ直線方向に移動するオブジェクトは、オブジェクトの形状を完全に復元します。ローリング シャッター モードで撮影された画像は、水平ブラーの形でローリング シャッター エフェクトを作成します。

グローバルシャッターとローリングシャッターのメリット・デメリット

シャッターモード	メリット	デメリット
グローバルシャッター	高速で動く物体を捉えるのに適しています	周囲の騒音が大きくなり、センサーのコストが高くなります
ローリングシャッター	周囲ノイズが低く、センサーコストが低い	画像の歪みは、高速で移動する物体を撮影するたびに発生する可能性があります。

グローバル シャッター カメラとローリング シャッター カメラが必要な場面はどこでしょうか?

グローバル シャッター カメラは、主に異常なアーティファクトやモーション ブラー（被写体ぶれ）なしで高速移動オブジェクトを撮影するために使用されます。グローバル シャッター カメラは、ボール トラッキング、産業オートメーション、倉庫ロボット、ドローン、ライブセル イメージングなどのアプリケーションで使用されます。

ローリング シャッター センサーは、イメージングに優れた感度を提供し、コスト効率の高いアプリケーションに使用できます。主に、農業用トラクター、低速コンベア、キオスク、バーコード スキャナーなどのスタンドアロン アプリケーションなど、低速で移動する物体を捕捉するために使用されます。

e-con Systems のグローバル シャッター カメラとローリング シャッター カメラ

グローバルシャッターカメラ

• See3CAM_50CUGM – 5MP Sony Pregius IMX264 モノクロ グローバル シャッター カメラ
• See3CAM_24CUG – フル HD カラー グローバル シャッター カメラ
• See3CAM_20CUG – 2MP グローバル シャッター モノクロ カメラ
• See3CAM_10CUG – 1.3 MP グローバル シャッター USB3 カメラ
• eCAM24_CUNX – Global shutter Camera for NVIDIA Jetson Xavier NX / TX2 NX / Nano
• e-CAM25_CUXVR – Jetson AGX Xavier用6台の同期グローバル シャッター カメラ
• STURDeCAM25_CUXVR – IP67 GMSL2 Global Shutter camera for Jetson AGX Xavier

ローリングシャッターカメラ

• See3CAM_CU135 – 13MP 4K USB カメラ
• See3CAM_CU55 – 5MP 低ノイズ USB3 カメラ
• See3CAM_CU30 – 3.4 MP 低照度 USB カメラ
• See3CAM_CU20 – フル HD HDR USB カメラ

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