在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，圖像傳感器的性能直接影響到設(shè)備的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。全局快門和卷簾快門作為圖像傳感器中重要的技術(shù)選擇，常用于不同的工業(yè)場(chǎng)景。本文將結(jié)合工業(yè)機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用，從原理、特點(diǎn)、影響和實(shí)際場(chǎng)景需求入手，通俗易懂地講解全局快門和卷簾快門的工作方式及其優(yōu)缺點(diǎn)。

什么是全局快門？

全局快門就像一個(gè)“全場(chǎng)燈光閃爍”的場(chǎng)景，傳感器的所有像素點(diǎn)在同一時(shí)間開(kāi)始曝光，也在同一時(shí)間結(jié)束曝光。換句話說(shuō)，整個(gè)畫面在同一瞬間被捕捉下來(lái)。

舉個(gè)例子

想象你在流水線上檢測(cè)一個(gè)高速移動(dòng)的螺絲帽，如果傳感器上的每個(gè)像素同時(shí)捕捉畫面，全局快門就可以確保螺絲帽的形狀在圖像中是完整且清晰的。即使螺絲帽移動(dòng)得再快，它的圖像也不會(huì)發(fā)生傾斜、拉伸或變形。

全局快門的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

精準(zhǔn)還原高速運(yùn)動(dòng)物體：適用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中的工件，如流水線上的瓶子、螺絲、汽車零件等。

畫面無(wú)畸變：不會(huì)出現(xiàn)“歪斜”或“拖影”的問(wèn)題，非常適合高速動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。

缺點(diǎn)：

技術(shù)成本較高：全局快門傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

曝光時(shí)間有限：全局快門在強(qiáng)光條件下可能需要額外的光學(xué)調(diào)整。

什么是卷簾快門？

卷簾快門的工作方式就像一張卷簾門從上到下緩緩拉下。它不是一次性完成曝光，而是通過(guò)逐行掃描的方式捕捉畫面——先曝光第一行，然后是第二行，依次直到最后一行。

舉個(gè)例子

想象你用卷簾快門的相機(jī)檢測(cè)高速流水線上的螺絲帽，由于圖像不是一次性完成，等傳感器掃描完最后一行時(shí)，螺絲帽可能已經(jīng)移動(dòng)了。這會(huì)導(dǎo)致圖像中的螺絲帽出現(xiàn)“傾斜”或“拉長(zhǎng)”的現(xiàn)象。

卷簾快門的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

成本低、功耗低：更經(jīng)濟(jì)高效，適合靜態(tài)檢測(cè)任務(wù)，如檢測(cè)不移動(dòng)的零件。

幀率高：能夠拍攝更多圖像，適合部分要求快速連續(xù)拍攝但對(duì)象運(yùn)動(dòng)較慢的場(chǎng)景。

缺點(diǎn)：

卷簾效應(yīng)：高速運(yùn)動(dòng)物體容易產(chǎn)生“拖影”或“形變”。

不適合高速動(dòng)態(tài)場(chǎng)景：無(wú)法真實(shí)還原運(yùn)動(dòng)物體的形狀。

工業(yè)場(chǎng)景中的應(yīng)用

全局快門的應(yīng)用

流水線上的動(dòng)態(tài)檢測(cè)
在流水線上，高速移動(dòng)的產(chǎn)品需要被準(zhǔn)確識(shí)別和檢測(cè)。例如：

原因：全局快門的同步曝光可以確保快速移動(dòng)的物體在畫面中無(wú)畸變，適合這些高速動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。

檢測(cè)流水線上瓶蓋是否蓋緊。

檢測(cè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件是否缺陷（如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件檢測(cè)）。

讀取移動(dòng)物體上的二維碼或條形碼。

機(jī)器人視覺(jué)引導(dǎo)
工業(yè)機(jī)器人在抓取移動(dòng)中的零件時(shí)，必須通過(guò)圖像傳感器準(zhǔn)確識(shí)別物體的位置和形狀。如果用卷簾快門，物體可能會(huì)因?yàn)樾巫儗?dǎo)致識(shí)別錯(cuò)誤，而全局快門可以提供精準(zhǔn)的圖像。

高速場(chǎng)景監(jiān)控
在物流分揀中心，包裹以極快的速度經(jīng)過(guò)攝像頭，需要準(zhǔn)確讀取運(yùn)單信息，這時(shí)全局快門可以避免卷簾快門帶來(lái)的拖影和模糊。

卷簾快門的應(yīng)用

靜態(tài)檢測(cè)
在一些物體靜止的場(chǎng)景下，卷簾快門是經(jīng)濟(jì)高效的選擇。例如：

原因：靜態(tài)場(chǎng)景中，沒(méi)有物體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的形變問(wèn)題，卷簾快門的逐行掃描不會(huì)影響畫面質(zhì)量。

檢測(cè)電子元器件的焊接點(diǎn)是否正確。

檢測(cè)工業(yè)產(chǎn)品表面的瑕疵。

一般工業(yè)相機(jī)任務(wù)
在對(duì)速度要求不高、成本控制嚴(yán)格的場(chǎng)景中，如食品包裝上的條形碼識(shí)別，卷簾快門可以滿足需求。

普通質(zhì)量監(jiān)測(cè)
用于一些對(duì)精準(zhǔn)度要求較低的日常監(jiān)測(cè)任務(wù)，如檢測(cè)零件的顏色或粗略的尺寸測(cè)量。

如何選擇快門類型？

在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)中，選擇全局快門還是卷簾快門，取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求：

如何解決卷簾快門的“拖影”問(wèn)題？

在某些必須使用卷簾快門的場(chǎng)景中，可以通過(guò)以下方法減輕拖影現(xiàn)象：

縮短曝光時(shí)間
提高相機(jī)的快門速度，減少逐行掃描造成的時(shí)間差。例如，增加光線亮度以支持更短的曝光時(shí)間。

優(yōu)化光源條件
使用高頻閃光燈或增加環(huán)境光照，減少圖像中物體的移動(dòng)模糊。

避開(kāi)高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景

盡量選擇靜止或緩慢運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行檢測(cè)，以降低卷簾效應(yīng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響。

總結(jié)

全局快門與卷簾快門在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)中各有優(yōu)勢(shì)：

全局快門適合高速動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，能夠確保圖像精準(zhǔn)無(wú)畸變，特別是在流水線檢測(cè)、機(jī)器人視覺(jué)和高速監(jiān)控中表現(xiàn)突出。

卷簾快門則以其經(jīng)濟(jì)高效、幀率高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于靜態(tài)檢測(cè)和一般工業(yè)任務(wù)。

在實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)需要根據(jù)自身需求和預(yù)算，綜合考慮圖像精度、對(duì)象速度和經(jīng)濟(jì)性，選擇適合的快門類型，從而提升工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)的效率和質(zhì)量。