全局曝光与卷帘曝光

卷帘曝光和全局曝光是CMOS传感器两种常见的曝光模式，以下是二者的对比：
参考：B站优致谱视觉

曝光方式

• 卷帘曝光：传感器的每一行像素按顺序逐行扫描曝光，从头一行、第二行、第三行依次进行光线感测，直到整片感光组件从上到下每一行都曝光完成，不同行像元的曝光时间不同。
• 全局曝光：CMOS传感器的所有像素点在同一时刻同时开始曝光，并在同一时刻结束曝光，图像的每个像素在同一时刻接收到光线，曝光过程同步。

优点

• 卷帘曝光：能够实现更短的曝光时间，适合静态拍摄，在功耗控制上具有优势，制造成本相对较低，设计也较为简单，还可以实现更高的帧速率。
• 全局曝光：拍摄快速运动的物体时，能够保证图像的清晰度和准确性，不会出现因扫描顺序不同而导致的畸变，适合高动态范围应用，在需要捕捉高速运动或瞬时变化场景时，能保证每一帧图像都有一致的曝光效果。

缺点

• 卷帘曝光：拍摄快速运动的物体时，容易出现“卷帘效应”，导致物体被拉伸或扭曲，成像失真，对于动态场景表现不足，难以捕捉到清晰、准确的图像。
• 全局曝光：实现全局曝光的CMOS传感器结构相对复杂，制造成本较高，且在某些情况下，响应速度可能会受到物理限制，处理大面积曝光时存在延迟。

应用场景

• 卷帘曝光：广泛应用于CMOS传感器中，适合日常拍摄和静态场景，如风景照、静物照、机器人拾取和放置、PCB检查和显微镜检查等。
• 全局曝光：常用于工业检测、运动拍摄、无人驾驶、体育赛事、交通监控以及需要精确捕捉高速动作的科学研究等场景。

为何全局曝光帧率比卷帘曝光方式低

主要有以下原因：

• 信号处理方式：全局曝光中，所有像素同时曝光，曝光结束后需对整幅图像的信号进行处理和读出。这意味着相机的信号处理电路和数据传输通道需要在短时间内处理大量数据，数据处理和传输的速度限制了帧率的提升。卷帘曝光是逐行曝光，在一行曝光的同时可以读取上一行的数据，能部分并行处理曝光和读取过程，理论上允许更高的帧率。
• 传感器结构与工作原理：实现全局曝光的传感器结构相对复杂，例如某些全局曝光的CMOS传感器需要为每个像素配备额外的存储单元或复杂的控制电路，这增加了传感器的设计和制造难度，也会影响其工作速度。而卷帘曝光传感器的结构相对简单，逐行扫描的方式使其更容易实现较高的帧率。
• 曝光时间与读出时间的权衡：全局曝光需要在同一时刻对所有像素进行曝光，为了保证图像质量，曝光时间通常不能太短，否则会导致进光量不足，影响图像的亮度和信噪比。而卷帘曝光可以通过缩短每行的曝光时间来实现较短的总曝光时间，在相同的光照条件下，卷帘曝光更容易实现高帧率。另外，全局曝光在曝光结束后，需要将整幅图像的数据读出，这个过程也需要一定时间，而卷帘曝光在逐行曝光的过程中就可以同时进行数据读出，减少了整体的时间开销。

不过，随着技术的不断发展，全局曝光传感器的性能也在不断提升，在一些特定的应用场景中，已经能够实现较高的帧率，以满足对高速成像和高精度图像质量的要求。