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高速攝像機(jī)的快門

       在數(shù)字攝像機(jī)中，通過固態(tài)CCD或CMOS圖像傳感器的光敏面（光電二極管）將物體的光信號轉(zhuǎn)換成電信號來捕獲圖像。由圖像傳感器生成信號的數(shù)量取決于落到傳感器上的光線的數(shù)量，而且兩者都與亮度和持續(xù)時間有關(guān)。當(dāng)然，像傳統(tǒng)的膠片攝像機(jī)一樣，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)也需要快門來控制曝光以保證成像質(zhì)量。通常的做法是在圖像傳感器前面外加一個機(jī)械快門或加入一個單片電子快門。

帶快門的圖像傳感器主要有：  

·帶電子快門的CCD圖像傳感器；  

·帶傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)快門的CMOS圖像傳感器；  

·帶柯達(dá)專利球形快門的CMOS圖像傳感器。

1.帶電子快門的CCD圖像傳感器

       有些類型的CCD圖像傳感器采用電子快門裝置。在帶有內(nèi)置式電子快門的CCD傳感器中，積分前整個傳感器要復(fù)位來清除光電二極管內(nèi)的殘留信號，然后光電二極管積聚電荷持續(xù)一段時間。在最后的積分階段，所有的電荷被同時傳送到傳感器的光屏蔽區(qū)域。然后電荷被傳出傳感器的光屏蔽區(qū)域而被讀出。具有此性能的CCD圖像傳感器叫做行插入式CCD圖像傳感器，許多光電二極管的列被光屏蔽的縱列CCD器件隔行掃描?？v向CCD器件習(xí)慣于把電荷垂直替換出成像區(qū)域。光屏蔽可防止電荷在讀出過程中進(jìn)一步積聚。曝光時間就是從傳感器復(fù)位開始到光電二極管傳輸電荷至縱向CCD器件的時間。

2.帶旋轉(zhuǎn)快門的CMOS圖像傳感器

       CMOS圖像傳感器的旋轉(zhuǎn)快門的運轉(zhuǎn)類似于膠片攝影機(jī)的焦面快門（實際上，旋轉(zhuǎn)快門有時即指電子焦平面快門）。典型的例子為圖像傳感器中像素排依次復(fù)位，從圖像的頂部一排一排地進(jìn)行到底部。當(dāng)這種復(fù)位程序沿圖像向下移動一定距離時，讀出程序開始，像素排被依次讀出，從圖像的頂部開始一排一排讀到底部，而且?guī)缀跖c復(fù)位程序的方式和速度一樣。

       正在復(fù)位的一排與正在讀出的一排之間的時間延遲叫做積分時間。通過改變復(fù)位鍵掃過的一排到開始讀出此排之間的時間，可以控制積分時間（也叫做曝光時間）。在旋轉(zhuǎn)快門中，積分時間的改變可以從單行時間（復(fù)位接著在下一行讀出）上升至全幀時間（復(fù)位進(jìn)行到圖像底部后才開始從頂部讀出）或更多。柯達(dá)KAC1310 1.3百萬像素圖像傳感器提供的就是旋轉(zhuǎn)快門操作模式。

       由于積分過程掃過圖像要經(jīng)歷一些時間，有些運動的假像就變得很明顯。例如，在拍攝時，如果有一車輛正行駛通過畫面，來自車輛頂部的光線比來自車輛底部的光線積分早一些，就會使得車輛底部在運動方向上出現(xiàn)方向偏差。這可能導(dǎo)致車輛看起來速度有點快，就不能完全精確的顯示車輛。這樣，不同程度的畸變都可能發(fā)生，這取決于圖像中運動物體與旋轉(zhuǎn)快門的關(guān)系。

3.帶球形快門的CMOS圖像傳感器

      ＣＭＯＳ圖像傳感器使用柯達(dá)專利球形快門來控制曝光，其方式類似于上面提到的行插入式CCD。在球形快門的操作上，積分前整個傳感器處于復(fù)位狀態(tài)。在積分時間內(nèi)允許像元積聚電荷。積分時間結(jié)束時，每一像元中積聚的電荷被傳送到光屏蔽的存儲區(qū)域，然后信號從光屏蔽區(qū)域中讀出。因為所有的像元在同一時間復(fù)位，用相同的時間間隔積分，而且同時傳輸?shù)焦馄帘未鎯^(qū)，就沒有形成運動假像的電勢。柯達(dá)KAC0311 VGA CMOS、Visa-rio傳感器、高速CMOS傳感器提供旋轉(zhuǎn)快門和球形快門兩種操作模式。
 

4.CMOS傳感器中閃光的應(yīng)用

       與膠片攝影機(jī)相似，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)一般也使用閃光來提供足夠的光使圖像在弱光環(huán)境中充分曝光。電子閃光持續(xù)時間一般很短（微秒級或最長２ｍｓ），但是CMOS圖像傳感器的讀出時間比較長。因此，CMOS圖像傳感器使用閃光燈需要特殊條件。