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Blitzen mit CMOS Industriekameras und Rolling Shutter

Bei CMOS Rolling Shutter Kameras sind nicht immer alle Pixel zur gleichen Zeit lichtempfindlich. Aus diesem Grunde unterscheidet sich Belichtung und insbesondere das Blitzen von Rolling Shutter CMOS Kameras deutlich von Global Shutter Kameras.

Blitzen mit Rolling Shutter ist komplexer

Heutzutage sind die meisten CMOS Industriekameras Global Shutter Kameras. Jedoch bieten auch Rolling Shutter Kameras einige Vorteile. Blitzen mit Rolling Shutter ist jedoch komplexer und erfordert, daß Zeitpunkt und Dauer des Blitzimpulses genau geplant werden.

Details zum Blitzen mit Rolling Shutter

Rolling Shutter ist eine Sensoreigenschaft

Rolling shutter bezeichnet die Art und Weise, wie Daten aus dem CMOS Sensor ausgelesen werden. Dies ist vom Sensor bauartbedingt vorgegeben.

Die In Zeilen angeordneten Pixel werden sehr schnell nacheinander aktiviert (Belichtung beginnt) und nach der eingestellten Belichtungszeit wieder deaktiviert und ausgelesen (Belichtung endet). Obwohl dieser Vorgang in hoher Geschwindigkeit stattfindet, ist der Aufnahmezeitpunkt jeder Zeile unterschiedlich zur nächsten Zeile. Bei ruhenden, statischen Objekten spielt dies für das engültige Bild keine Rolle. Bei sich bewegenden Objekten ist das jedoch anders: Da jede Zeile einen anderen Aufnahmezeitpunkt besitzt, wird auch das Objekt zu unterschiedlichen  Zeiten aufgenommen. Bei sich bewegenden Objekten bedeutet dies, daß der Objektort im Bild bei jeder Zeile unterscheidlich ist. Hieraus resultieren deterministische, auf den ersten Blick jedoch sehr überraschende Effekte (Propeller).

Zusätzlich muß während der gesamten Aufnahmezeit (der gesamte Sensor muß immer ausgelesen werden) das Licht sehr stabil sein, da ansonsten Schwankungen im Licht evtl nur auf einigen Zeilen zu sehen sind und so Inhomogenitäten im Bild erzeugen. Diese Einschränkung betrifft insbesondere PWM geregelte Beleuchtungen zusammen mit Rolling shutter. Instabile Beleuchtung erzeugt Strukturen und Rauschen im Bild.

Blitzen mit Rolling Shutter

Das Freischalten oder Öffnen aller Zeilen einer EXO183 ("Scanning Time") benötigt ca. 62ms. Es gibt 2 Möglichkeiten, mit Blitz zu arbeiten:

  • Stellen Sie sicher, daß der Blitz über die gesamte Scanning Time + Exposure Time eingeschaltet ist und keine Schwankungen in dieser Zeit aufweist. Bedingt durch die relativ lange Zeitspanne sind bei sehr schnell bewegten Objekten mit hohen Winkelgeschwindigkeiten geometrische Verzerrungen wie unter Dauerlicht zu erwarten. Die Belichtung wird von Belichtungszeit und Lichtintensität bestimmt.
  • Alternativ: Wenn die Blitzzeit kleiner als die Scanning Zeit ist, dann muß die Auslösung des Blitzes mit einem Delay von der Scanning Zeit erfolgen (EXO183: 62ms).Der Blitz sollte in nach dem Ende der ersten Scanning beginnen und vor der zweiten Scanning time beendet sein (siehe Schaubild unten: "full open"). Das Objekt sollte während der gesamten Zeit vor Fremdlicht geschützt sein.
    Mit diesem Verfahren darf die Blitzzeit beliebig kurz sein, geometrische Verzerrungen sind hiermit auf Grund des kurzen Blitzes weniger zu erwarten. Die Belichtung wird von der Blitzzeit und der Blitzintensität gesteuert.

Auf das Timing kommt es an

Wie im Bild zu sehen, sind nach dem Triggerimpuls bis zum Ablauf der Scanning time noch nicht alle Zeilen lichtempfindlich. Erst nach Ablauf der Scanning time sind alle Zeilen lichtempfindlich. In dieser Zeit ("full open") sollte der Blitz ausgelöst werden. In der abschließenden Scanning time werden immer weniger Zeilen lichtempfindlich.

Verlauf der Lichtempfindlichkeit aller Zeilen eines Rolling Shutter Sensors nach der Auslösung

Was passiert wenn ich in der Scanning Time blitze?

Wenn der Blitz während der Scanning Time auslöst, dann wird es Zeilen geben, bei denen die Zeile noch nicht aktiv geschaltet ist oder bei der die aktive Belichtungszeit bereits geendet hat. Diese Zeilen bzw Teile des Bildes werden im Bild dann dunkler oder schwarz erscheinen.