全局快门与卷帘快门在工业机器视觉中的应用

在工业机器视觉领域，图像传感器的性能直接影响到设备的工作效率和产品质量。全局快门和卷帘快门作为图像传感器中重要的技术选择，常用于不同的工业场景。本文将结合工业机器视觉的应用，从原理、特点、影响和实际场景需求入手，通俗易懂地讲解全局快门和卷帘快门的工作方式及其优缺点。

什么是全局快门？

全局快门就像一个“全场灯光闪烁”的场景，传感器的所有像素点在同一时间开始曝光，也在同一时间结束曝光。换句话说，整个画面在同一瞬间被捕捉下来。

想象你在流水线上检测一个高速移动的螺丝帽，如果传感器上的每个像素同时捕捉画面，全局快门就可以确保螺丝帽的形状在图像中是完整且清晰的。即使螺丝帽移动得再快，它的图像也不会发生倾斜、拉伸或变形。

优点：
- 精准还原高速运动物体：适用于检测运动中的工件，如流水线上的瓶子、螺丝、汽车零件等。
- 画面无畸变：不会出现“歪斜”或“拖影”的问题，非常适合高速动态场景。
缺点：
- 技术成本较高：全局快门传感器结构复杂，成本较高。
- 曝光时间有限：全局快门在强光条件下可能需要额外的光学调整。

卷帘快门的工作方式就像一张卷帘门从上到下缓缓拉下。它不是一次性完成曝光，而是通过逐行扫描的方式捕捉画面——先曝光第一行，然后是第二行，依次直到最后一行。

想象你用卷帘快门的相机检测高速流水线上的螺丝帽，由于图像不是一次性完成，等传感器扫描完最后一行时，螺丝帽可能已经移动了。这会导致图像中的螺丝帽出现“倾斜”或“拉长”的现象。

优点：
- 成本低、功耗低：更经济高效，适合静态检测任务，如检测不移动的零件。
- 帧率高：能够拍摄更多图像，适合部分要求快速连续拍摄但对象运动较慢的场景。
缺点：
- 卷帘效应：高速运动物体容易产生“拖影”或“形变”。
- 不适合高速动态场景：无法真实还原运动物体的形状。

流水线上的动态检测
在流水线上，高速移动的产品需要被准确识别和检测。例如：

原因：全局快门的同步曝光可以确保快速移动的物体在画面中无畸变，适合这些高速动态场景。
- 检测流水线上瓶盖是否盖紧。
- 检测高速运转的零件是否缺陷（如汽车发动机零件检测）。
- 读取移动物体上的二维码或条形码。
机器人视觉引导
工业机器人在抓取移动中的零件时，必须通过图像传感器准确识别物体的位置和形状。如果用卷帘快门，物体可能会因为形变导致识别错误，而全局快门可以提供精准的图像。
高速场景监控
在物流分拣中心，包裹以极快的速度经过摄像头，需要准确读取运单信息，这时全局快门可以避免卷帘快门带来的拖影和模糊。

静态检测
在一些物体静止的场景下，卷帘快门是经济高效的选择。例如：

原因：静态场景中，没有物体运动导致的形变问题，卷帘快门的逐行扫描不会影响画面质量。
- 检测电子元器件的焊接点是否正确。
- 检测工业产品表面的瑕疵。
一般工业相机任务
在对速度要求不高、成本控制严格的场景中，如食品包装上的条形码识别，卷帘快门可以满足需求。
普通质量监测
用于一些对精准度要求较低的日常监测任务，如检测零件的颜色或粗略的尺寸测量。

在工业机器视觉中，选择全局快门还是卷帘快门，取决于具体的应用场景和需求：

需求/场景	推荐快门类型	原因
高速运动物体检测	全局快门	同步曝光避免图像畸变，适合快速移动的工件检测，如流水线、物流分拣等。
静态物体检测	卷帘快门	逐行扫描方式经济高效，能够满足静态或低速场景的需求，如静止产品的质量检测。
成本敏感且不涉及高速运动的场景	卷帘快门	制造成本低，功耗小，适合预算有限的项目。
对图像精度要求极高的场景	全局快门	能够精准捕捉细节，高速动态中画质稳定，如机器人引导、高精度零件检测。

在某些必须使用卷帘快门的场景中，可以通过以下方法减轻拖影现象：

全局快门与卷帘快门在工业机器视觉中各有优势：

在实际应用中，企业需要根据自身需求和预算，综合考虑图像精度、对象速度和经济性，选择适合的快门类型，从而提升工业自动化检测的效率和质量。