Mechanische Shutter

Een CCTV heeft géén mechanische sluiter.

Begrippen als rolling shutter en global shutter worden overgenomen van de fotografie.

Een fototoestel is uitgerust met een sluiter. De sluiter belicht kortstondig de filmrol of de beeldsensor.

Irissluiter, diafragmasluiter

Sluiter gesloten	Sluiter Open	Sluiter Sluit
	Belichting van de filmrol	einde belichting filmrol

Gordijnsluiter, spleetsluiter

Gordijn B gaat omhoog	Gordijn B gaat omlaag	Gordijn A gaat omlaag
	Belichting van de beeldsensor	Uitlezen van de beeldsensor

Rolling shutter

Gordijn B gaat omhoog	Gordijn B gaat omlaag	Gordijn A is omlaag
	Onmiddelijk achtervolgd door  gordijn A	Uitlezen van de beeldsensor
	Een spleet met licht  rolt over de beeldsensor

Rolling Shutter effect

De bovenst rij pixels in de CMOS Sensor wordt eerder in de tijd belicht dan de onderste rij beelelementen.

Afbeeldingen Baumer.com

Electronische Shutter

De elektronische shutter biedt een gelijkaardig effect als de mechanische sluiter in fotocamera’s.

Door de elektronische shutter kan de CCD camera snel bewegende objecten vastleggen zonder veegeffecten (picture blur).

De werking van de elektronische shutter in een IT CCD.

De Interline Transfer CCD heeft een structuur met daarin alternerende rijen en verticale registers

Elke fotosensor in een CCD zet het invallend licht om naar elektronen. De elektronen worden geaccumuleerd voor een bepaalde tijd en getransfereerd naar een verticaal shift register.

De transfer van lading gebeurt voor alle pixels gelijktijdig in een CCD Sensor.

De accumulatie-tijd van de elektronenladingen duurt 0,02 µs.

Dit is de op de frequentie van het field in PAL : 50 fps.

Deze lading accumulatie-tijd werkt goed in de meeste omstandigheden.

Echter bij snel bewegende objecten, registreren we een beweging binnen de periode van de accumulatie. Dit resulteert in veegeffecten of picture blur.

Om dit te voorkomen kan de CCD de accumulatieperiode inkorten.

Hierdoor bootst de CCD de werking van een mechanische sluiter na bij filmcamera’s.

Met een elektronische shutter van bijvoorbeeld 1/500 seconden, worden de elektronen enkel in deze periode geaccumuleerd en daarna uitgelezen door het verticale shiftregister.

Alle elektronen, geaccumuleerd in de grijze driehoek, worden afgevoerd naar het CCD N-substraat, een zone in de CCD die voorzien is voor de afvoer van overtollige elektronen (drain).

Het afvoeren van elektronen tot de 1/500 periode begint, houdt in dat enkel de beweging die wordt gecapteerd tijdens deze shutter-periode (sluitertijd), bijdraagt tot de vorming van het beeld dat vrij is van veegeffecten (motion blur).

Een neveneffect is dat het verkorten van de accumulatietijd als gevolg heeft dat de sensitivity of lichtgevoeligheid van de chip daalt. We kunnen dit compenseren door de lens irisopening te vergroten (meer lichtinval) of door meer te verlichten.

Rolling shutter en Global Shutter in CMOS sensor

In een CCD sensor gebeurt de transfer van lading van alle pixel gelijktijdig.

Bij een CMOS worden de pixels lijn per lijn uitgelezen.

Zonder electronische shutter geeft de uitlezing van de beeldsensor lijn per lijn het rolling shutter effect zoals beschreven hierboven bij het fotocamera.

Sony is er in geslaag om een CMOS sensor te ontwikkelen die de effecten van rolling shutter te minimaliseren.

Met behulp van beeldsensor geheugenplaatsen kan ze nu de pixelladingen gelijktijdig transfereren.

Deze techniek noemt met Global Shutter.

We vinden Global Shutter terug in Automation camera's.

De CCTV camera gebruikt Rolling Shutter.

De CMOS met Global Shutter is 5x duurder dan de standaard CMOS met rolling shutter.

Hieronder is het effect op de sensor stap voor stap uitgetekend voor een object dat (snel) voorbij de cameralens schuift. (bijvoorbeeld een auto die voorbijrijdt van links naar rechts)

Hieronder is het effect op de sensor stap voor stap uitgetekend voor een object dat (snel) voor de lens draait. (bijvoorbeeld een ventilator die rechtsom draait)

Afbeeldingen Baumer.com