Rolling Shutter-Artefakte umgehen

Bei einem Bildsensor mit Rolling Shutter werden die Zeilen des Sensors nacheinander ausgelesen. Dies führt bei bewegten Objekten oder bewegter Kamera zu Bildverzerrungen und zum Teil sogar zu sehr skurrilen Artefakten. In der Bildverarbeitung ist es über eine exakte Ansteuerung der Beleuchtung oft möglich, diesen Nachteil von Rolling Shutter-Sensoren zu umschiffen.

Das Zusammenspiel von Lichtsteuerung und Kameramodus

Der Bildsensor im Global Reset Mode

Beim Rolling Shutter-Sensor wird das Auslesen der Sensorzeilen nacheinander, also sequenziell begonnen und beendet. Wird der Rolling Shutter-Sensor im Global Reset Release-Modus betrieben, beginnt die Belichtung dagegen wie beim Global Shutter bei allen Zeilen des Sensors zum gleichen Zeitpunkt. Der Sensor ist ab dem Triggersignal sofort auf allen Zeilen offen. Gerade wenn die Kamera mit geblitzter Beleuchtung betrieben wird, ist dies ein Vorteil, da man sich das Delay vor der vollständigen Öffnung spart, die Belichtung aller Zeilen unmittelbar mit dem Triggersignal beginnt und der Blitz ohne Verzögerung auf das Triggerereignis ausgelöst werden kann. Die durch das sequenzielle Auslesen des Rolling Shutter-Sensors entstehenden Artefakte tauchen dadurch nicht auf, da alle Pixel während der Blitzzeit gleichzeitig belichtet werden.

Besonderheiten beim Global Reset Release

Allerdings endet das Auslesen der Zeilen nicht gleichzeitig. Die Zeilen am Ende des Ausleseprozesses sind länger dem Licht ausgesetzt als die zu Beginn ausgelesenen und sind dementsprechend heller. Um diesen Verlauf der Helligkeit zu vermeiden, ist es wichtig, dass ausschließlich der Blitz das Objekt beleuchtet.

Das Einsatzgebiet des Global Reset Release ist die geblitzte Beleuchtung, wenn die Blitzdauer kürzer oder gleich der Belichtungszeit gewählt wird. Der Blitz beginnt mit dem Triggersignal in dunkler Umgebung, konstantes (Fremd-) Licht ist zu vermeiden. Die Belichtungszeit wird über die Länge des Blitzes gesteuert. Da außer dem Blitz vollständige Dunkelheit herrscht, werden alle Pixel des Sensors gleich belichtet. Während des vollständigen Auslesens nach dem Ende des Blitzes ist die Umgebung wieder in Dunkelheit, wodurch ein Helligkeitsverlauf vermieden wird. Die nächste Belichtung erfolgt erst dann, wenn der komplette Ausleseprozess (in völliger Dunkelheit) beendet ist.

Die Belichtung und der Blitz beginnen gleichzeitig auf allen Zeilen. Während der nominellen Belichtungszeit des Sensors (gesamter Sensor offen) kann geblitzt werden. Die Blitzzeit bestimmt die Belichtungszeit.

Präzision des Blitzes ist entscheidend

Da die Belichtungszeit über den Blitz gesteuert wird, ist das Timing des Blitzes von größter Bedeutung. Ein Jitter des Strobe Controllers wird sich in Helligkeitsschwankungen im Bild bemerkbar machen. Daher empfehlen wir die Benutzung eines Strobe Controllers mit sehr hoher Präzision oder den Einsatz eines Pulsweiten-modulierten Strobe Controllers (PWM). Diese Beleuchtungssteuerungen sind im 4I/O-System unserer Kameras serienmäßig verbaut.