如何选择合适的工业相机快门种类

在工业相机领域，常见的三种快门类型：全局快门（Global Shutter）、卷帘快门（Rolling Shutter）以及全局复位式卷帘快门（Global - reset rolling Shutter）。我们主要来讲讲全局快门（Global Shutter）和卷帘快门（Rolling Shutter）的区别及应用。

快门类型就是传感器在生成可被相机解读为图像的电信号（即读出过程）之前，捕获光线（即曝光过程）的工作方式。全局快门（Global Shutter）和卷帘快门（Rolling Shutter）的选择直接影响成像质量、测量精度和系统稳定性。以下是两者在工业应用中的详细对比：

一、工作原理差异

1. 全局快门（Global Shutter）

曝光方式：所有像素在同一时刻开始和结束曝光，瞬间捕获完整画面，类似“瞬时快照”。

技术实现：每个像素集成存储单元（如额外的电容），曝光后电荷暂存，再逐行读出。

时序控制：通过全局复位信号同步所有像素的曝光起始和结束。

核心优势：时间一致性强，适合高速运动或需要严格时序同步的场景（如多相机协同）。

全局快门工作方式

2. 卷帘快门（Rolling Shutter）

曝光方式：像素逐行（或逐列）顺序曝光，每行之间有微秒级延迟（如从顶部到底部扫描）。

技术实现：利用CMOS传感器的天然逐行读取特性，无需额外存储单元。

时序控制：曝光和读取同步进行，当前行在读出的同时，下一行开始曝光。

核心问题：时间错位导致运动物体畸变（果冻效应）或闪光灯曝光不均。

这种逐行积分的工作机制，使得卷帘快门的运作方式类似于窗帘或百叶窗的滚动效果。

二、工业应用场景

1.全局快门--拍摄快速移动的物体

在工业视觉应用中，当需要拍摄运动物体（如生产线上的快速移动产品或交通监控中的行驶车辆）时，全局快门传感器展现出独特的优势。

该技术通过同步曝光所有像素点的特性，确保每帧图像采集时所有像素同时开始和结束曝光。关键在于设置足够短的曝光时间，以有效避免运动模糊的产生，从而精准定格运动瞬间。最终，获取细节清晰、边缘锐利的高质量图像，满足工业检测和交通监控等场景对图像精度的严格要求。

全局快门的典型应用

• 高速运动检测

例如：生产线上的零件分拣（传送带速度>1m/s）、弹道轨迹分析。

原因：避免运动模糊和畸变，确保测量精度。

• 多相机同步系统

例如：3D立体视觉、机器人引导（需多个相机严格同步触发）。

原因：全局快门可保证所有相机在同一时刻捕获图像。

• 高精度测量

例如：PCB焊点检测、精密尺寸计量、电子元件贴装检测、瓶装饮料液位检测、包装印刷缺陷检测等。

原因：像素间无时间差，边缘定位更准确。

2.卷帘快门 – 拍摄相对缓慢的物体

当拍摄快速移动的物体时，卷帘快门由于采用逐行曝光的工作机制，会带来特殊影响。虽然所有像素行的曝光持续时间相同，但每行开始和结束曝光存在微小时间差。在这个时间差内，物体持续移动，导致物体在相邻像素行中的成像位置发生偏移。最终生成的图像将出现扭曲变形，其畸变程度取决于物体运动速度与卷帘快门扫描速度的相对关系。

考虑到卷帘快门的价格比全局快门更具优势，当拍摄的物体不是快速移动物体时，卷帘快门更加适合使用。

卷帘快门拍摄快速移动物体扭曲示意图

卷帘快门的适用场景

• 低速或静态场景

例如：仓储物流扫码（条码静止或低速移动）、半导体晶圆检测、LCD面板缺陷检测、精密零件尺寸测量。

优势：成本低，功耗小，帧率更高（如500fps以上）。

• 需要高分辨率的场景

例如：大视场表面缺陷检测（如纺织品、玻璃面板）。

原因：卷帘快门传感器更容易实现高像素（如2000万像素以上）。

• 预算受限项目 成本差异：同分辨率下，全局快门相机价格可能是卷帘快门的2-5倍。

科研显微应用：生物细胞观测、材料表面分析病理切片扫描。

全局快门（Global Shutter）采用全像素同步曝光方式，所有像素同时开始曝光并同时结束曝光。而卷帘快门（Rolling Shutter）则采用从上至下的滚动式曝光方式，逐行开始并结束曝光。

在需要拍摄高速运动物体的场景中（例如生产线上的100%质量检测），全局快门传感器是最佳选择。而对于移动缓慢或静止的物体（如显微镜等科学应用场景），卷帘快门传感器则更为适合。此外，卷帘快门传感器通常具有成本优势，在不需要全局快门的应用中，可有效节省设备成本。