Funzionamento e utilizzo delle telecamere CMOS con rolling shutter

Le più recenti telecamere CMOS con rolling shutter, come quelle della serie CX di Baumer dotate di sensori Sony STARVIS, si distinguono per elevata sensibilità e ridotto rumore e sono ideali per applicazioni di tipo industriale. Grazie all’elevata velocità del sensore, le telecamere vengono utilizzate in un numero sempre maggiore di applicazioni che in precedenza erano riservate ai modelli con sensori global shutter.

Vantaggi rispetto alle telecamere con tecnologia global shutter:

• Architettura dei pixel compatta, semplice e conveniente grazie alla memoria di transito ridimensionata e alla ridotta elettronica di lettura.
• Ridotta potenza termica e basso rumore elettronico in virtù di un minor impiego di transistor.
• Basso rumore temporale grazie all’istantanea lettura delle informazioni sul carico.
• Il ridotto pixel pitch consente un’elevata risoluzione per superficie del sensore. Nel formato compatto 29 × 29 mm sono disponibili fino a 20 megapixel, con un ottimo rapporto prezzo-prestazione.

Esempi di applicazione:

• Elettronica: allineamento e ispezione di circuiti stampati, identificazione (lettura di codice e testo)
• Robotica: applicazioni Pick & Place
• Industria farmaceutica: lettura di codice e multicodice di contrassegni di identificazione dei prodotti
• Microscopia: analisi e documentazione delle immagini

Effetto rolling shutter

Se un oggetto si muove più velocemente del tempo di esposizione e lettura del sensore, lo “scorrimento” dell’immagine può produrre un risultato distorto. In questo caso, si parla di effetto rolling shutter.

Grazie all’elevata frequenza dei fotogrammi (fino a 100 immagini/s), le attuali telecamere CMOS con sensori rolling shutter Sony Starvis riducono palesemente al minimo questo effetto aprendo la strada a numerose applicazioni.

Come evitare l’effetto rolling shutter

Alcuni sensori rolling shutter sono dotati di una speciale modalità operativa chiamata global reset shutter che prevede, come per l’opzione global shutter, l’acquisizione dei dati di tutti i pixel contemporaneamente, mentre il processo di lettura avviene riga per riga con uno scostamento temporale. In questo modo, ciascuna riga del sensore viene esposta per un tempo differente e, nell’immagine registrata, si genera una curva di luminosità. Per via dell’effetto rolling shutter sono inoltre visibili possibili distorsioni. Risulta pertanto più difficile ottenere una valutazione stabile dell’immagine.
La combinazione della modalità global reset shutter con illuminazione flash e offuscamento della luce esterna consente di evitare l’effetto rolling shutter. Se la luce flash domina l’esposizione e la restante luce esterna viene soppressa, tutti i pixel ricevono la medesima quantità di luce. La scansione sequenziale riga per riga e i diversi tempi di esposizione delle righe da essa derivanti non hanno dunque più alcun rilievo, poiché la luce esterna non ha alcuna influenza. Orientando inoltre la telecamera in modo tale che la direzione di movimento dell’otturatore coincida con quella dell’oggetto, è possibile ottenere un’ulteriore riduzione delle distorsioni geometriche associabili all’effetto rolling shutter.

In presenza di soggetti fermi, in lento movimento o trattenuti per la cattura dell’immagine, le telecamere con sensore CMOS rolling shutter sono una scelta eccellente e offrono un vasto spettro di applicazioni.