Was bestimmt die schnellste Verschlusszeit für einen elektronischen Verschluss?

Ich habe mein Glück bei Robotics versucht, hatte aber kein Glück, jemanden zu finden, der sich auskennt. Jemand schlug daher vor, die Frage hier erneut zu posten.

Ich verstehe, dass es verschiedene Arten von Rollläden gibt, sowohl mechanische als auch elektronische, und ich kann verstehen, wie sie funktionieren. Mein Problem betrifft die Verschlusszeit. Wenn ich einen mechanischen Verschluss verwende, hängt die maximale Verschlusszeit von diesem bestimmten Element in der Baugruppe ab, aber wie funktioniert es bei elektronischen Verschlüssen? Ich habe noch nie "maximale Verschlusszeit" in irgendwelchen Spezifikationen gelesen. Das einzige, was ich normalerweise herumschweben sehe, sind Bilder pro Sekunde. Diese überschreiten jedoch in der Regel nicht die Grenze von etwa 250 fps. Je nach Bauweise des Sensors könnte man meinen, dass die maximale Verschlusszeit daher 1/250 oder 1/500 beträgt, wenn er Halbbilder verwendet.

Kann das stimmen? Es scheint wirklich langsam zu sein. Ich stehe vor der Aufgabe, scharfe und klare Bilder von Papier aufzunehmen, das sich mit etwa 17 m/s bewegt. Das ist bei so langen Verschlusszeiten nie möglich. Werde ich gezwungen, einen mechanischen Verschluss zu verwenden, oder verstehe ich etwas falsch?

Wenn ja, wie soll ich aus den Sensorspezifikationen entnehmen, welche maximale Global-Shutter-Zeit zulässig ist? Siehe zum Beispiel dieses hier: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=PYTHON2000

Aufgrund der Art und Weise, wie mechanische Verschlüsse Bilder aufnehmen, die kürzer als die Synchronisationszeit der Kamera sind, treten Rolling-Shutter - Artefakte auf, wenn Sie einen typischen mechanischen Verschluss verwenden, der in einer DSLR zu finden ist. Obwohl jeder Punkt auf dem Sensor nur für ein Zeitintervall von nur 1/8000 Sekunde belichtet werden kann, dauert es typischerweise immer noch etwa 1/200 Sekunde, bis sich der Schlitz zwischen dem ersten und dem zweiten Vorhang über den gesamten Sensor bewegt. Dasselbe gilt für einige elektronische Verschlüsse, die sequentiell (dh von oben nach unten des Sensors) auslesen.
Unter diesem Link erfahren Sie, wie ein mechanischer Verschluss bei hoher Verschlusszeit funktioniert: youtube.com/watch?v=ptfSW4eW25g
Für die Hochgeschwindigkeitsfotografie bestand die Lösung normalerweise darin, sich keine Gedanken über die Verschlusszeit zu machen, sondern das gesamte Licht, das die Szene beleuchtet, in präzise getimten kurzen Stößen zu steuern, während der Verschluss über einen längeren Zeitraum geöffnet bleibt. Wenn Sie einen Lichtblitz von nur 1/10.000 Sekunde Dauer haben und der Raum ansonsten völlig dunkel ist, dann spielt es keine Rolle, ob der Verschluss für 1/250 Sekunde geöffnet ist. Der einzige Zeitpunkt, zu dem Licht auf den Sensor trifft, ist in der 1/10.000 Sekunde, in der das Licht scheint.
Die Kamera wird in einer Fertigungs-/Druckumgebung aufgestellt und darf nicht vollständig dunkel sein. Die Kamera wird jedoch wahrscheinlich in einer schattigen Position sitzen.
@Cyianor Völlig dunkel ist keine Voraussetzung. Fotografische Blitze geben während eines Blitzstoßes viel Energie ab, und der Beitrag des Umgebungslichts spielt keine große Rolle.

Antworten (2)

Die elektronische Verschlusszeit wird durch die Rate begrenzt, mit der die Kamera die Bilddaten vom Sensor liest.

Bei den meisten CMOS-Sensoren und daher bei den meisten normalen DSLRs liest die Kamera Bilddaten schrittweise aus, anstatt alle Bilddaten sofort zu lesen. Beim Lesen werden die von diesen Pixeln gehaltenen Daten zurückgesetzt.

Wenn dieser Vorgang beispielsweise etwa 1/120 Sekunde dauert, um das gesamte Bild zu lesen, ist dies die harte Grenze für die Geschwindigkeit, die er als "elektronischer Verschluss" verwenden kann. Aus genau dem gleichen Grund bestimmt dies auch die maximale Bildrate, die im Video- oder Live-Ansichtsmodus aufgenommen werden kann. Wenn eine Kamera beispielsweise in der Lage ist, Videos mit 60 fps aufzunehmen, dann wissen Sie, dass das Lesen der Bilddaten weniger als 1/60 s dauert.

Ein mechanischer Verschluss kann wesentlich höhere Geschwindigkeiten erreichen. Bei Verwendung des mechanischen Verschlusses wird der Verschluss so lange geschlossen, bis der Sensor zurückgesetzt ist, dann öffnet der Verschluss kurz und belichtet das Bild (ein Verschlussvorhang folgt dem anderen), dann endet der Verschluss in geschlossenem Zustand auf. Die Daten werden dann vom Sensor gelesen, während sich der Verschluss nach der Belichtung im geschlossenen Zustand befindet. Daher hat die Lesegeschwindigkeit des Sensors keine Begrenzung der Verschlusszeit.

Mechanische Rollläden können hohe Geschwindigkeiten erreichen, da sie zwei unabhängige Rollladenvorhänge beinhalten und ein Vorhang dem anderen eng folgen kann, so dass einer öffnet, während der andere gleichzeitig schließt. Ein elektronischer Verschluss ist dazu nicht in der Lage: Es ist nicht möglich, an zwei Stellen gleichzeitig schrittweise Daten vom Sensor zu lesen und zurückzusetzen.

Das gilt nur für CMOS-Sensoren ohne Global Shutter. CCDs oder CMOS-Sensoren sind nicht darauf beschränkt, wie schnell Daten ausgelesen werden können (in einer Global-Shutter-Architektur wird Ladung vom Pixel in einen Puffer übertragen, bis die Kamera zum Auslesen bereit ist). Die Digitalkameras der ersten Generation mit CCDs nahmen oft mit 1/1600 s auf, schneller als die schnellsten verfügbaren mechanischen Verschlüsse. Sie hätten auf Wunsch der Hersteller schneller gemacht werden können (sie sind nur durch die Schaltgeschwindigkeit des Sensors begrenzt).
Gibt es CMOS-Sensoren mit Global Shutter? Mir ist bewusst, dass CCDs dies tun, aber ich wusste nicht, dass CMOS-Sensoren dies tun.
Ja, es gibt CMOS-Sensoren mit Global Shutter, zB den in der Blackmagic Production Kamera. Es ist schwieriger zu implementieren als in einem CCD, aber es ist durchaus möglich.
@MattGrum Es gibt also definitiv elektronische Verschlüsse mit kürzeren Verschlusszeiten als 1/120? Endlich habe ich von einem Kamerahersteller ein Datenblatt bekommen, in dem die mögliche Verschlusszeit angegeben ist. Die kürzeste Verschlusszeit (CMOS Global Shutter) geben sie mit 13 Mikrosekunden an, was ungefähr 1 / 77 000 sein sollte. Sie haben dies nicht unter den Chipinformationen, sondern unter den Kamerainformationen angegeben. Könnte es sein, dass die kürzeste Verschlusszeit eher vom Kamerahersteller als vom Sensor bestimmt wird?
Sie wird durch die verwendete Technologie bestimmt. Der Live-View-Modus ist aus den oben genannten Gründen traditionell ziemlich eingeschränkt, aber wie Matt Grum betonte, haben einige Sensoren eine Global-Shutter-Funktion, weshalb Sie diese wirklich schnelle Geschwindigkeit erhalten. Kein Global Shutter = sehr langsam, Global Shutter = sehr schnell. Mit dem Aufkommen elektronischer Sucher, Live-View-Modus als Standard, PDAF, das im Live-View-Modus arbeiten kann, spiegellos usw., sind Global Shutter ein logischer Schritt, um die doppelt schließende Verschlussaktion (oder tatsächlich die Notwendigkeit eines physischen Verschluss).

Ich weiß nicht wirklich, wonach du fragst. Wenn Sie scharfe und klare Bilder von sich bewegendem Papier aufnehmen möchten, ist seine Geschwindigkeit nicht wirklich relevant. Wichtig ist vielmehr die Winkelgeschwindigkeit der Details, die man einfangen möchte. Wenn das Papier weit weg ist, wäre es kein Problem, ein Foto zu machen.

Eine detailliertere Aufnahme des Papiers könnte unscharf werden (die Winkelgeschwindigkeit ist höher), aber Sie können die Verschlusszeit erhöhen, aber selbst bei einer hohen Verschlusszeit erleben Sie einen Rolling-Shutter-Effekt .

Um diesen Effekt zu vermeiden, können Sie den Verschluss für kurze Zeit vollständig geöffnet lassen und stattdessen einen Blitz verwenden, um die Aktion einzufrieren. Fotografische Blitze lösen den Blitz normalerweise in sehr kurzer Zeit aus, und wenn der Blitz die einzige Lichtquelle ist, die die Belichtung wirklich beeinflusst, wird er mit Sicherheit das sich bewegende Papier einfrieren.

Wenn Sie nicht sehr genau wissen, was Sie erreichen möchten, ist es sehr schwer zu helfen. Hast du schon versucht das Foto zu machen? Was sind deine Probleme und was sind deine Ziele?

In Bezug auf den Teil der Frage zu Rollläden (mechanisch und elektrisch) und ihren Höchstgeschwindigkeiten sehe ich nicht, wie sie mit dem Teil über das Foto des Papiers verbunden sind. Die schnellsten mechanischen Verschlüsse für DSLRs können eine Geschwindigkeit von etwa 1/8000 s erreichen. Elektronische Verschlüsse sind bei DSLRs nicht so verbreitet, aber die alte EOS-1D verwendete einen und konnte eine Geschwindigkeit von 1/16000 s erreichen. Es kann sogar noch schneller werden und die maximalen Bildraten von Videokameras haben damit wenig zu tun.

Der Grund, warum ich dies zuerst über Robotik gepostet habe, ist, dass dies eine Bildverarbeitungsaufgabe ist und ich keine DSLR oder ähnliches verwenden werde. Ich brauche eine winzige oder kleine Kamera und Auflösungen von 2 Megapixeln wären absolut akzeptabel. Die einzige Sache ist, dass die Bahn einer Druckmaschine mit etwa 17 m/s unter der Kamera laufen wird und die Kamera höchstens 10 cm vom Papier entfernt sein wird. Ich möchte nur kleine Merkmale erfassen und es ist möglich, ihre Position vorherzusagen. Wichtig ist jedoch, sie so scharf und klar wie möglich einzufangen.
@Cyianor Wenn Sie einen Blitz mit einer kurzen Blitzdauer verwenden, sagen Sie 1/20000 Sekunde, was einer Bewegung des Papiers von etwa 0,85 mm während dieses Blitzes entsprechen würde. Die Blitzdauer setzt eine Obergrenze dafür, wie scharfe Bilder Sie erhalten. Diese Unschärfe wird jedoch auf die gleiche Weise ausgerichtet, wie sich das Papier bewegt. Wenn das interessierende Detail senkrecht zur Bewegung ist, ist die Auflösung hoch. Wenn Sie eine große Menge an Bildern aufnehmen, brennen Sie ziemlich schnell durch den Blitz. Leider sind die Anforderungen scharfe Bilder und schnelle Bewegungen gleichzeitig nur schwer zu erfüllen.
Ist das überhaupt möglich, wenn es nicht ganz dunkel ist? Ich werde in einer Druck-/Fertigungsumgebung arbeiten und auch wenn es wahrscheinlich kaum Tageslicht geben wird, wird es dennoch künstliches Licht geben. Könnte ich immer noch "lange" Belichtungszeiten von beispielsweise 1/200 haben und mit einem kurzen Blitz wie 1/20000 Sekunde ein scharfes Bild erhalten?
@Cyianor Es hängt davon ab, wie hell das Umgebungslicht ist und wie stark der Blitz ist, den Sie verwenden. Sehen Sie sich dieses Video an, um sich einen Eindruck zu verschaffen: https://www.youtube.com/watch?v=91gU93J2Q8k
Vielen Dank! Das hilft tatsächlich sehr. Aber es beantwortet immer noch nicht eine meiner ursprünglichen Fragen. Wenn ich mir Bildsensoren anschaue, wie den, den ich oben gepostet habe, wie finde ich die maximale Verschlusszeit heraus?
@Cyianor Es wird normalerweise zusammen mit den anderen Daten über den Sensor angegeben. Ich weiß nicht, warum die Seite, auf die Sie verlinkt haben, diese Informationen nicht gibt. Die EOS-1D in meinem Beispiel hat eine maximale Verschlusszeit von 1/16000 Sekunde und eine ziemlich häufige maximale Verschlusszeit bei Kameras mit elektronischem Verschluss. Wenn der Sensor, mit dem Sie verknüpft sind, von Interesse ist, senden Sie ihm eine E-Mail und fragen Sie nach den Daten.
Das Seltsame, was mich verwirrt, ist, dass es bei Bildverarbeitungskameras nie angegeben wird. Alles, was sie jemals angeben, sind fps, aber keine maximale Verschlusszeit. Wenden Sie sich wahrscheinlich am besten an einen der Hersteller, um eine Antwort auf diese Frage zu erhalten.
Wahrscheinlich ist der Grund, warum es nie erwähnt wird, dass es nicht sehr relevant ist. Bei der Hochgeschwindigkeitsfotografie wird die Blitzdauer und nicht die Verschlusszeit verwendet, um Bewegungen einzufrieren.
Was bestimmt die schnellste Verschlusszeit für einen elektronischen Verschluss?
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