Новая камера Raspberry Pi с глобальным затвором

Raspberry Pi только что представила новый модуль камеры в формате высококачественной камеры. За ту же цену в 50 долларов, которую вы заплатили бы за камеру HQ, вы получаете примерно в восемь раз меньше пикселей. Но это камера с глобальным затвором, и если вам нужен глобальный затвор, альтернативы ему просто нет. Это очень важно для экосистемы Raspberry Pi.

Большинство современных камер используют CMOS-сенсоры в режиме скользящего затвора. Это означает, что датчик начинает работу в верхнем левом углу и перемещается по растрам, считывая значения экспозиции из каждой строки, прежде чем перейти к следующей строке, а затем снова начать вверху. Преимущество заключается в более простой конструкции КМОП, но недостатком является то, что ни один из пикселей не экспонируется и не считывается одновременно.

Сравните это с глобальным затвором, при котором все CMOS-пиксели экспонируются, а затем их значения сохраняются до тех пор, пока все они не будут считаны. Это гораздо более сложное устройство, поскольку каждая ячейка по существу нуждается в схеме выборки и хранения, и это объясняет более низкую плотность пикселей. Но в результате изображение на самом деле представляет собой снимок во времени, и если что-то в вашей сцене движется быстро, это имеет значение.

Так кому же нужен глобальный затвор? Прежде всего, это необходимо для машинного зрения. Сочетание движущихся объектов и рольставней искажает форму всего, что находится в поле зрения, и если вы пытаетесь измерить его размер или даже определить его правильный контур, вам нужно снимать это с помощью глобального затвора. Пилоты квадроциклов знают обратную сторону медали рольставней – «эффект желе» (ссылка на видео на YouTube). На квадроциклах быстро вибрирует не сцена, а камера, и из-за этого даже статические сцены кажутся трясущимися, как этот ужасный старый клише-эффект последовательности снов. Не хорошо.

Или представьте, что вы фотографируете молнию или другие кратковременные события и, возможно, хотите засечь время. При использовании глобального затвора один кадр будет темным, а другой — светлым. Благодаря рольставням у вас почти гарантированно будут наполовину заполненные кадры с обоих концов.

Здесь я вытащил классическую демонстрацию: вращающийся пропеллер. Взгляните на странные формы, которые исходят из камеры со скользящим затвором! Все изображения немного размыты, поскольку во время экспозиции лезвие двигалось быстро; если вам нужно уменьшить размытие, вам поможет больше света и более короткое время выдержки. Но если вы хотите разогнуть банан, вас может спасти только глобальный затвор.

Аналогично, посмотрите видео-демонстрации. Когда я увеличиваю и уменьшаю скорость пропеллера, вы можете увидеть совпадение формы с частотой кадров камер. С глобальным затвором вы получаете красивые клеверы, но с рольставнями вы получаете серпы и даже отсоединенные призрачные лезвия. Триповый.

Подробнее об эффектах роллет-ставни смотрите в этом видео.

Если у вас в кармане прожигают дыру 50 долларов, и вам нужен датчик камеры для вашего Pi, что вы получите? С другой стороны, камера с глобальным затвором имеет глобальный затвор – это достаточно очевидно. Он также имеет довольно хорошую светочувствительность, может записывать 1440 x 1080 пикселей со скоростью 60 кадров в секунду в режиме видео, и каждый из этих кадров представляет собой настоящий снимок во времени. Большим минусом является то, что разрешение намного ниже по сравнению с камерой HQ с подвижным затвором. Но для компьютерного зрения и многих других нехудожественных приложений разрешения 1080p вполне достаточно. Честно говоря, если вы используете CV на Raspberry Pi, уменьшение количества пикселей, вероятно, будет благом.

Как и камера HQ, эта камера имеет больший сенсор, чем более дешевые камеры Raspberry Pi, но вам придется (или иметь возможность) предоставить собственный объектив. Как штаб-квартира, так и камеры с глобальным затвором имеют крепления C и CS, что означает, что вы можете вкрутить любой объектив для видеонаблюдения или даже напечатать на 3D-принтере адаптер, чтобы прикрепить их к чему угодно — от микроскопа до телескопа. Иногда вам нужна камера, а иногда вам просто нужен сенсор. Здесь вы просто получаете датчик и крепление для штатива. Если вам нужна камера, заложите цену объектива в свой бюджет.