快門是相機(jī)的一部分,用來啟動(dòng)和停止相機(jī)在光照下的曝光。傳統(tǒng)的科學(xué)相機(jī)使用機(jī)械快門,打開快門意味著開始圖像曝光,關(guān)閉則曝光結(jié)束。機(jī)械快門的釋放和閉合速度“很慢”,而且隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)可靠性問題。如今的科學(xué)相機(jī)使用電子快門,它顯然會(huì)更快、更簡(jiǎn)單、用途更廣泛。
電子快門有兩種主要類型:卷簾和全局。卷簾快門常用于sCMOS相機(jī),它們?cè)趫D像采集中會(huì)帶來毫秒級(jí)的時(shí)間延遲,具體取決于傳感器。全局快門則是在整個(gè)傳感器上同時(shí)采集。
1. 卷簾快門
卷簾快門相機(jī)從傳感器的頂部開始采集,然后逐行向下“滾動(dòng)”,通常每行像素的開始曝光的時(shí)間延遲在5~25微秒之間,具體取決于相機(jī)的速度。
首行像素在指定的曝光時(shí)間過去后會(huì)采集結(jié)束,然后將以同樣的方式向下滾動(dòng),這意味著總體上每一行像素都暴露在指定的曝光時(shí)間內(nèi),但根據(jù)其在傳感器上的位置有輕微的延遲。
在此模式下工作的圖像傳感器可提供非常高速的圖像采集速度,具有低噪聲和高量子效率。因此卷簾快門是弱光應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)配置。此外,卷簾相機(jī)通常在“重疊模式”下工作,即當(dāng)卷簾快門工作時(shí),下一幀在當(dāng)前幀結(jié)束之前就開始了,這意味著實(shí)際上相機(jī)沒有不獲取光線的時(shí)間。
2. 偽全局快門
在某些情況下,可以避免卷簾快門出現(xiàn)問題或偽彩,例如顯微鏡系統(tǒng)中經(jīng)常使用的LED和激光光源,在光學(xué)系統(tǒng)中可以對(duì)光源進(jìn)行精確的定時(shí)控制,卷簾相機(jī)可以通過使用稱為“偽全局快門”的技術(shù),這種方式可以獲取到完全無偽影和失真的圖像,如多通道成像等(在不同照明條件下連續(xù)采集一個(gè)對(duì)象的多個(gè)圖像,如熒光波長(zhǎng)。
3.全局快門
然而,在某些應(yīng)用中“偽全局快門”是不可能的,并且成像對(duì)象移動(dòng)太快,卷簾快門無法在不產(chǎn)生明顯偽影的情況下進(jìn)行拍攝,或者在這些應(yīng)用中,至關(guān)重要的是要避免跨幀采集的毫秒級(jí)延遲。對(duì)于這些應(yīng)用,可以使用全局快門相機(jī),它們使用內(nèi)置在每個(gè)像素中的附加電路,在整個(gè)傳感器中精確地同時(shí)啟動(dòng)和停止曝光。
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23/01/05