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高速攝像機(jī)的快門

       在數(shù)字攝像機(jī)中，通過(guò)固態(tài)CCD或CMOS圖像傳感器的光敏面（光電二極管）將物體的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)捕獲圖像。由圖像傳感器生成信號(hào)的數(shù)量取決于落到傳感器上的光線的數(shù)量，而且兩者都與亮度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。當(dāng)然，像傳統(tǒng)的膠片攝像機(jī)一樣，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)也需要快門來(lái)控制曝光以保證成像質(zhì)量。通常的做法是在圖像傳感器前面外加一個(gè)機(jī)械快門或加入一個(gè)單片電子快門。

帶快門的圖像傳感器主要有：  

·帶電子快門的CCD圖像傳感器；  

·帶傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)快門的CMOS圖像傳感器；  

·帶柯達(dá)專利球形快門的CMOS圖像傳感器。

1.帶電子快門的CCD圖像傳感器

       有些類型的CCD圖像傳感器采用電子快門裝置。在帶有內(nèi)置式電子快門的CCD傳感器中，積分前整個(gè)傳感器要復(fù)位來(lái)清除光電二極管內(nèi)的殘留信號(hào)，然后光電二極管積聚電荷持續(xù)一段時(shí)間。在最后的積分階段，所有的電荷被同時(shí)傳送到傳感器的光屏蔽區(qū)域。然后電荷被傳出傳感器的光屏蔽區(qū)域而被讀出。具有此性能的CCD圖像傳感器叫做行插入式CCD圖像傳感器，許多光電二極管的列被光屏蔽的縱列CCD器件隔行掃描?？v向CCD器件習(xí)慣于把電荷垂直替換出成像區(qū)域。光屏蔽可防止電荷在讀出過(guò)程中進(jìn)一步積聚。曝光時(shí)間就是從傳感器復(fù)位開(kāi)始到光電二極管傳輸電荷至縱向CCD器件的時(shí)間。

2.帶旋轉(zhuǎn)快門的CMOS圖像傳感器

       CMOS圖像傳感器的旋轉(zhuǎn)快門的運(yùn)轉(zhuǎn)類似于膠片攝影機(jī)的焦面快門（實(shí)際上，旋轉(zhuǎn)快門有時(shí)即指電子焦平面快門）。典型的例子為圖像傳感器中像素排依次復(fù)位，從圖像的頂部一排一排地進(jìn)行到底部。當(dāng)這種復(fù)位程序沿圖像向下移動(dòng)一定距離時(shí)，讀出程序開(kāi)始，像素排被依次讀出，從圖像的頂部開(kāi)始一排一排讀到底部，而且?guī)缀跖c復(fù)位程序的方式和速度一樣。

       正在復(fù)位的一排與正在讀出的一排之間的時(shí)間延遲叫做積分時(shí)間。通過(guò)改變復(fù)位鍵掃過(guò)的一排到開(kāi)始讀出此排之間的時(shí)間，可以控制積分時(shí)間（也叫做曝光時(shí)間）。在旋轉(zhuǎn)快門中，積分時(shí)間的改變可以從單行時(shí)間（復(fù)位接著在下一行讀出）上升至全幀時(shí)間（復(fù)位進(jìn)行到圖像底部后才開(kāi)始從頂部讀出）或更多?？逻_(dá)KAC1310 1.3百萬(wàn)像素圖像傳感器提供的就是旋轉(zhuǎn)快門操作模式。

       由于積分過(guò)程掃過(guò)圖像要經(jīng)歷一些時(shí)間，有些運(yùn)動(dòng)的假像就變得很明顯。例如，在拍攝時(shí)，如果有一車輛正行駛通過(guò)畫面，來(lái)自車輛頂部的光線比來(lái)自車輛底部的光線積分早一些，就會(huì)使得車輛底部在運(yùn)動(dòng)方向上出現(xiàn)方向偏差。這可能導(dǎo)致車輛看起來(lái)速度有點(diǎn)快，就不能完全精確的顯示車輛。這樣，不同程度的畸變都可能發(fā)生，這取決于圖像中運(yùn)動(dòng)物體與旋轉(zhuǎn)快門的關(guān)系。

3.帶球形快門的CMOS圖像傳感器

      ＣＭＯＳ圖像傳感器使用柯達(dá)專利球形快門來(lái)控制曝光，其方式類似于上面提到的行插入式CCD。在球形快門的操作上，積分前整個(gè)傳感器處于復(fù)位狀態(tài)。在積分時(shí)間內(nèi)允許像元積聚電荷。積分時(shí)間結(jié)束時(shí)，每一像元中積聚的電荷被傳送到光屏蔽的存儲(chǔ)區(qū)域，然后信號(hào)從光屏蔽區(qū)域中讀出。因?yàn)樗械南裨谕粫r(shí)間復(fù)位，用相同的時(shí)間間隔積分，而且同時(shí)傳輸?shù)焦馄帘未鎯?chǔ)區(qū)，就沒(méi)有形成運(yùn)動(dòng)假像的電勢(shì)?？逻_(dá)KAC0311 VGA CMOS、Visa-rio傳感器、高速CMOS傳感器提供旋轉(zhuǎn)快門和球形快門兩種操作模式。
 

4.CMOS傳感器中閃光的應(yīng)用

       與膠片攝影機(jī)相似，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)一般也使用閃光來(lái)提供足夠的光使圖像在弱光環(huán)境中充分曝光。電子閃光持續(xù)時(shí)間一般很短（微秒級(jí)或最長(zhǎng)２ｍｓ），但是CMOS圖像傳感器的讀出時(shí)間比較長(zhǎng)。因此，CMOS圖像傳感器使用閃光燈需要特殊條件。