《AVT视觉专家》系列是Allied Vision（瑷荔德）官方推出的工业成像技术专栏，旨在为机器视觉工程师提供专业实用的技术指导。本专栏将系统性地解析工业视觉核心技术原理，深入探讨Allied Vision相机在实际工业场景中的应用方案。

首期内容将重点剖析全局快门与卷帘快门的工作原理差异，针对不同工业应用场景提供专业的快门种类选型建议，帮助工程师优化成像系统性能。

基础原理

什么是快门种类？快门种类指的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。Alvium相机提供三种不同的快门种类：全局快门（Global Shutter），卷帘快门（Rolling Shutter）和全局复位式卷帘快门（Global - reset rolling Shutter）。本文将着重介绍全局快门和卷帘快门这两种最常见的快门种类。

全局快门（Global Shutter）

首先从全局快门说起，这是最容易理解的一种模式。全局快门传感器的所有像素点会同时进行曝光：

所有像素同时开始采集光线
所有像素同时结束曝光

这正是“全局”快门的命名由来。曝光完成后，传感器会从上至下逐行读取数据。

图一：全局快门示例

卷帘快门（Rolling Shutter）

与全局快门不同，卷帘快门传感器采用逐行曝光方式：从传感器顶部开始，依次向下逐行进行曝光。在曝光结束时，同样遵循自上而下的顺序——首行像素最先停止曝光，随后是第二行，依此类推直至最底部。

这一过程与数据读出同步进行：每当一行像素完成曝光，便立即进入读出阶段。正是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，这也是其得名“卷帘快门”的由来。

适用场景

全球快门 – 拍摄快速移动物体

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。

场景举例

① 高速产线质量检测：

电子元件贴装检测；瓶装饮料液位检测；包装印刷缺陷检测。

② 交通监控领域：

高速公路车辆牌照识别；轨道交通接触网检测；隧道安全监控。

③ 特殊工业场景：

机械臂运动轨迹追踪；弹道分析测试；快速旋转部件检测。

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。

图二：卷帘快门拍摄快速移动物体扭曲示意图

场景举例

① 低速工业检测场景：

半导体晶圆检测；LCD面板缺陷检测；精密零件尺寸测量。

② 科研显微应用：

生物细胞观测；材料表面分析；病理切片扫描。

③ 普通监控场景：

室内安防监控；仓储物流扫码；停车场车牌识别。

总结

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。