Прощайте, искажения: обзор семейства камер Arducam с глобальным затвором

20 марта 2023 · По материалам Arducam

Наверняка вы уже сталкивались с такой проблемой.

Это так называемый эффект желе: он возникает, когда обычной камерой со скользящим затвором снимают фото или видео быстро движущихся объектов.

И он может испортить весь проект. Эффект желе вносит в изображение нежелательные искажения: снимки теряют резкость, объекты выглядят изогнутыми или наклонёнными, детали трудно различить. Точно снять нужный объект становится сложно. Особенно сильно эффект желе мешает в некоторых промышленных задачах — например, при контроле качества или научной съёмке.

Как же обычно решают эту проблему?

Камерами с глобальным затвором.

Зачем нужен глобальный затвор

Начнём с базовых понятий.

Камера с глобальным затвором — это цифровая камера, которая экспонирует весь сенсор сразу, а не сканирует его построчно, как камера со скользящим затвором. Все пиксели изображения экспонируются одновременно, поэтому движение во время экспозиции не искажает картинку.

Проблема решена.

Но идеала не бывает.

Ещё в 1980-х, когда технологию глобального затвора для камер только разработали и она считалась последним словом техники, её применяли в дорогих промышленных и научных камерах для специальных задач: машинного зрения, робототехники, научной съёмки.

Догадываетесь? Дёшево это не будет.

Именно так.

Камеры с глобальным затвором обычно дороже камер со скользящим затвором, и на то есть несколько причин:

• Стоимость сенсора: сенсоры с глобальным затвором сложнее в производстве. К тому же в них вложены немалые средства на исследования и разработку, и это неизбежно отражается на цене готового продукта.
• Меньшие объёмы выпуска: камеры с глобальным затвором обычно применяют в специальных задачах — машинном зрении, робототехнике, научной съёмке, высококачественной фотографии. Эти рынки меньше массового потребительского рынка фототехники, поэтому себестоимость единицы выше.
• Более высокие требования к характеристикам: камеры с глобальным затвором часто работают там, где качество и точность изображения критичны. Чтобы соответствовать таким требованиям, нужны более дорогие компоненты и более качественные производственные процессы.

С развитием технологий камеры с глобальным затвором стали доступнее и пришли в более широкий круг задач, включая потребительскую фотографию и мобильные устройства.

И всё же цены на них по-прежнему очень высоки.

Поэтому, когда пользователи Raspberry Pi впервые увидели недорогой модуль камеры Arducam с глобальным затвором, они обрадовались.

Да, они понимали, что это компромисс между разрешением и ценой, но вполне приемлемый: для них другие характеристики камеры важнее высокого разрешения. Во многих задачах — особенно в промышленной автоматизации, машинном зрении, робототехнике и научной съёмке — качество изображения, частота кадров и чувствительность важнее высокого разрешения.

Применение

Камеры с глобальным затвором обычно применяют там, где искажения недопустимы, — например, в спортивной съёмке или промышленном контроле.

Одни камеры с глобальным затвором рассчитаны на обычную фото- и видеосъёмку, другие — на промышленную автоматизацию, робототехнику или научную съёмку, где для точного захвата кадра необходим внешний запуск (trigger).

Внешний запуск

Внешний запуск — это сигнал, который внешнее устройство подаёт на камеру, чтобы начать съёмку кадра.

Внешний запуск обычно используют там, где важен точный момент съёмки. Например, в промышленной автоматизации датчик может запускать камеру, чтобы снять движущийся объект в определённой точке траектории. В научной съёмке внешний запуск позволяет синхронизировать несколько камер для съёмки быстротечного события.

Получив сигнал внешнего запуска, камера синхронизирует экспозицию с ним, и кадр снимается точно в момент события запуска. Так получаются снимки без смаза и без искажений, которые дал бы скользящий затвор.

Внешний запуск поддерживают многие камеры Arducam с глобальным затвором — через отдельный вход или программный интерфейс.

Технические подробности и инструкции по началу работы с камерами Arducam с глобальным затвором — для плат Raspberry Pi и для NVIDIA Jetson.

И наконец, одна из главных сильных сторон Arducam — работа с несколькими камерами. О том, как камеры Arducam с глобальным затвором используют внешний запуск для съёмки и помогают вести синхронную трансляцию с двух и более камер, читайте в документации.

Семейство камер Arducam с глобальным затвором

По данным Arducam, компания одной из первых предложила способ подключать камеры с глобальным затвором к хост-платформам.

• В 2016 году Arducam начала исследовать и разрабатывать собственные решения с глобальным затвором для модулей камер.
• В сентябре 2020 года вышли камеры на монохромных сенсорах OV7251 и OV9281.
• В августе 2021 года Arducam выпустила первую серию цветных камер с глобальным затвором.

Сегодня у Arducam большое семейство камер с глобальным затвором — от камер с одним сенсором и стереокамер до комплектов из четырёх камер.

Монохромные камеры

Серия OV7251

• Arducam OV7251 0,3 Мп: монохромный модуль камеры с глобальным затвором для Raspberry Pi, штатный объектив — B0161
• Arducam OV7251 0,3 Мп: монохромный модуль камеры с глобальным затвором для Raspberry Pi, NoIR (без ИК-фильтра), штатный объектив — B0206

• Arducam OV7251 0,31 Мп: монохромный модуль камеры с глобальным затвором для Raspberry Pi, NoIR
• Arducam OV7251 0,31 Мп: монохромный модуль камеры с глобальным затвором для Raspberry Pi 5/4/3B+/3

Серия OV9281

• Arducam OV9281 1 Мп: монохромный модуль камеры MIPI с глобальным затвором, NoIR, для NVIDIA Jetson Nano/NX и Jetson Orin NX — B0223
• Arducam OV9281 1 Мп: монохромный модуль камеры с глобальным затвором, NoIR, объектив 130° с креплением M12, для Raspberry Pi — B0224
• Arducam OV9281 1 Мп: монохромный модуль камеры с глобальным затвором для Raspberry Pi, штатный объектив — B0411
• Arducam OV9281 1 Мп: монохромный модуль камеры с глобальным затвором с широкоугольным объективом для Raspberry Pi — B0405

• Монохромный модуль камеры OV9281 1 Мп с глобальным затвором для Raspberry Pi
• Монохромный широкоугольный модуль камеры OV9281 1 Мп с глобальным затвором для Raspberry Pi
• Arducam OV9281 1 Мп: монохромная камера с глобальным затвором, NoIR, объектив 130° с креплением M12, для Raspberry Pi
• Arducam OV9281 1 Мп: модуль камеры с глобальным затвором, NoIR, для NVIDIA Jetson AGX Orin/Orin Nano/Orin NX

Серия OV2311

• Arducam OV2311 Pivariety 2 Мп: монохромные модули камер с глобальным затвором, NoIR, совместимы с ISP Raspberry Pi и плагином GStreamer — B0381
• Arducam OV2311 2 Мп: монохромные модули камер с глобальным затвором, NoIR, крепление M12, для NVIDIA Jetson Nano/NX и Jetson Orin NX — B0221

• Монохромные модули камер Pivariety OV2311 2 Мп с глобальным затвором (NoIR), совместимы с ISP Raspberry Pi и плагином GStreamer
• Arducam OV2311 2 Мп: монохромные модули камер с глобальным затвором, NoIR, крепление M12, для NVIDIA Jetson AGX Orin/Orin Nano/Orin NX

Цветные камеры

OG02B10

Arducam OG02B10 2 Мп: цветные модули камер Pivariety с глобальным затвором — B0348

• Arducam OG02B10 2 Мп: цветные модули камер Pivariety с глобальным затвором

AR0234

• Arducam AR0234 2,3 Мп: цветная камера Full HD с глобальным затвором для Raspberry Pi, широкоугольный модуль камеры Pivariety — B0353
• Arducam AR0234 2,3 Мп: камера с глобальным затвором для NVIDIA Jetson Nano/NX и Jetson Orin NX — B0429

• Arducam AR0234 2,3 Мп: цветная камера с глобальным затвором для NVIDIA Jetson AGX Orin/Orin Nano/Orin NX
• Arducam AR0234 2,3 Мп: цветная камера Full HD с глобальным затвором для Raspberry Pi, широкоугольный модуль камеры Pivariety

Комплекты из нескольких камер

OV9281

• Arducam 1MP*2: стереокамера для Raspberry Pi и NVIDIA Jetson Nano/Xavier NX, два монохромных модуля камер OV9281 с глобальным затвором — B0263
• Arducam 1MP*2: стереоскопический комплект для Raspberry Pi — два монохромных модуля камер OV9281 с глобальным затвором и плата Camarray HAT для стереокамеры — B0266
• Arducam 1MP*4: квадроскопический монохромный комплект для Raspberry Pi — четыре модуля камер OV9281 с глобальным затвором и плата Camarray HAT — B0267

• Arducam 1MP*4: квадроскопический монохромный комплект на OV9281 с глобальным затвором для Raspberry Pi и NVIDIA Jetson AGX Orin/Orin Nano/Orin NX
• Arducam 1MP*2: стереоскопический монохромный комплект на OV9281 с глобальным затвором для Raspberry Pi и NVIDIA Jetson AGX Orin/Orin Nano/Orin NX

OV2311

Arducam 2MP*2: стереокамера для Raspberry Pi и NVIDIA Jetson Nano/Xavier NX, два монохромных модуля камер OV2311 с глобальным затвором — B0264

• Arducam 2MP*2: стереокамера для Raspberry Pi и NVIDIA Jetson Nano/Xavier NX, два монохромных модуля камер OV2311 с глобальным затвором — снята с производства

OV9782 — цветные

Arducam 1MP*4: квадроскопический комплект для Raspberry Pi — четыре цветных модуля камер OV9782 с глобальным затвором и плата Camarray HAT — B0331

• Arducam 1MP*4: квадроскопический комплект для Raspberry Pi и NVIDIA Jetson AGX Orin/Orin Nano/Orin NX — четыре цветных модуля камер OV9782 с глобальным затвором и плата Camarray HAT