Tipos de obturadores electrónicos

Descubra las diferencias entre las cámaras de obturador global y las de obturador móvil y obtenga una valiosa orientación para seleccionar la opción ideal para su aplicación centrada en la cámara. Esta completa guía ofrece una exploración exhaustiva de estos tipos de sensores, arrojando luz sobre sus ventajas y desventajas para dotarle de los conocimientos necesarios para tomar una decisión informada.

En el ámbito de las cámaras industriales y los sistemas de captura de imágenes modernos, los sensores desempeñan un papel fundamental en la captura y el almacenamiento de imágenes para satisfacer diversos requisitos de procesamiento y análisis. Estos sensores incorporan obturadores electrónicos que facilitan la captura de imágenes. Los obturadores electrónicos controlan la exposición de los pozos de fotones dentro del sensor, determinando si los píxeles se exponen línea a línea o en una matriz completa. Rolling Shutter y Global Shutter son las dos variantes principales de obturadores electrónicos. Este artículo profundiza en la mecánica de funcionamiento de los obturadores, destaca las diferencias entre estos dos tipos y ofrece información valiosa sobre sus aplicaciones específicas.

Para comprender todos los matices que se tratan en este artículo, familiarícese con los siguientes términos clave.

El modo de obturador global empleado en los sensores de imagen ofrece una capacidad extraordinaria en la que todos los píxeles del sensor comienzan y dejan de exponer simultáneamente durante la adquisición de cada imagen, siguiendo con precisión el periodo de exposición programado. Una vez concluido el tiempo de exposición, comienza el proceso de lectura de los datos de los píxeles, que avanza fila a fila hasta que se han recuperado todos los datos de los píxeles. Este mecanismo distintivo implementado en las cámaras con obturador global produce imágenes no distorsionadas, carentes de cualquier problema de bamboleo o sesgo. Estos sensores de obturación global son especialmente adecuados para capturar objetos en rápido movimiento con una velocidad excepcional.

Para tener una mejor perspectiva, veamos un ejemplo de una imagen con una resolución de 640 x 480 píxeles. Cuando esta imagen se expone utilizando un obturador global, los 307.200 píxeles (640 x 480) del sensor se exponen simultáneamente durante el tiempo de exposición designado.

Es importante tener en cuenta que el obturador global se ocupa principalmente de evitar los artefactos de obturación rotativa, en lugar de mitigar el desenfoque de movimiento causado por el movimiento rápido y la exposición. Sólo en los niveles de exposición más bajos el obturador global destaca en la captura de imágenes nítidas de objetos en movimiento, eliminando el desenfoque de movimiento. Por el contrario, con un obturador rotativo, independientemente de los valores de exposición utilizados, las imágenes resultantes mostrarán inevitablemente un sesgo debido al artefacto inherente al obturador rotativo.

A diferencia de las cámaras con obturador global, el modo de obturador rodante empleado en las cámaras expone las filas de píxeles secuencialmente, con un desfase temporal entre cada fila. El proceso de captura de imágenes comienza con la fila superior, que empieza a recoger luz y completa la exposición antes de pasar a la siguiente fila. Esta progresión secuencial introduce un retraso en los tiempos de inicio y finalización de la captación de luz para cada fila consecutiva. Cabe señalar que el tiempo total de recogida de luz para cada fila se mantiene constante.

Para proporcionar una mejor perspectiva, consideremos un ejemplo de un obturador rodante en una imagen de 640 x 480 de resolución. El proceso de exposición comienza con la fila superior de las 480 filas de píxeles y continúa fila a fila de forma secuencial.

El obturador de reajuste global (GRR) es un híbrido entre el obturador global y el obturador rotativo, que combina sus ventajas respectivas. Las cámaras con obturador GRR inician la exposición simultáneamente para todos los píxeles del sensor, de forma similar al obturador global. Sin embargo, al finalizar la exposición, existe un desfase temporal (tRow) entre filas consecutivas, similar al rolling shutter.

Los valores de tRow son similares a los de las cámaras con obturador rotativo, aunque varían según el modelo de cámara.

Cuando se utiliza el tipo de obturador GRR, es imprescindible emplear iluminación de flash. De lo contrario, pueden producirse variaciones significativas en el brillo de las imágenes adquiridas, debido a las diferencias en los tiempos de exposición entre filas individuales. Además, la captura de imágenes de objetos en rápido movimiento puede provocar distorsiones causadas por desplazamientos temporales resultantes de la variación de los tiempos finales de exposición entre las filas.

Para facilitar el uso de la iluminación de flash, la mayoría de las cámaras están equipadas con una señal de salida de ventana de flash.

La disparidad entre un sensor rolling shutter y un sensor global shutter se hace especialmente evidente en los escenarios de adquisición de imágenes dinámicas. Cuando se capturan objetos en rápido movimiento con un sensor rolling shutter, se hace evidente la aparición del efecto rolling shutter. A diferencia de los sensores de obturación global, en los que todos los píxeles se exponen simultáneamente, un sensor rolling shutter escanea cada fila de píxeles del sensor secuencialmente. En consecuencia, si un objeto se mueve a una velocidad que supera el tiempo de exposición y lectura del sensor de imagen, la imagen resultante se distorsiona debido al fenómeno de exposición a la luz rodante. Este fenómeno se conoce comúnmente como efecto de obturador rodante.

Las cámaras con obturador global se utilizan ampliamente para capturar objetos en movimiento a alta velocidad sin que aparezcan artefactos o desenfoques de movimiento. Estas cámaras tienen una amplia aplicación en diversos campos, como el seguimiento de balones, la automatización industrial, los robots de almacén, los drones y la captura de imágenes de células vivas. Por otro lado, los sensores rolling shutter tienen una sensibilidad excepcional, lo que los hace adecuados para aplicaciones rentables. Suelen emplearse para captar objetos que se mueven lentamente, como tractores agrícolas, cintas transportadoras de baja velocidad y aplicaciones autónomas como quioscos y escáneres de códigos de barras.

La tecnología Global Shutter ofrece varias ventajas notables sobre sus homólogas:

Éstas son las principales desventajas asociadas a la tecnología de obturación global:

Las principales ventajas de las cámaras con obturador rodante son las siguientes: