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高速攝像機的快門

       在數字攝像機中，通過固態CCD或CMOS圖像傳感器的光敏面（光電二極管）將物體的光信號轉換成電信號來捕獲圖像。由圖像傳感器生成信號的數量取決于落到傳感器上的光線的數量，而且兩者都與亮度和持續時間有關。當然，像傳統的膠片攝像機一樣，數字攝像機也需要快門來控制曝光以保證成像質量。通常的做法是在圖像傳感器前面外加一個機械快門或加入一個單片電子快門。

帶快門的圖像傳感器主要有：  

·帶電子快門的CCD圖像傳感器；  

·帶傳統旋轉快門的CMOS圖像傳感器；  

·帶柯達專利球形快門的CMOS圖像傳感器。

1.帶電子快門的CCD圖像傳感器

       有些類型的CCD圖像傳感器采用電子快門裝置。在帶有內置式電子快門的CCD傳感器中，積分前整個傳感器要復位來清除光電二極管內的殘留信號，然后光電二極管積聚電荷持續一段時間。在最后的積分階段，所有的電荷被同時傳送到傳感器的光屏蔽區域。然后電荷被傳出傳感器的光屏蔽區域而被讀出。具有此性能的CCD圖像傳感器叫做行插入式CCD圖像傳感器，許多光電二極管的列被光屏蔽的縱列CCD器件隔行掃描。縱向CCD器件習慣于把電荷垂直替換出成像區域。光屏蔽可防止電荷在讀出過程中進一步積聚。曝光時間就是從傳感器復位開始到光電二極管傳輸電荷至縱向CCD器件的時間。

2.帶旋轉快門的CMOS圖像傳感器

       CMOS圖像傳感器的旋轉快門的運轉類似于膠片攝影機的焦面快門（實際上，旋轉快門有時即指電子焦平面快門）。典型的例子為圖像傳感器中像素排依次復位，從圖像的頂部一排一排地進行到底部。當這種復位程序沿圖像向下移動一定距離時，讀出程序開始，像素排被依次讀出，從圖像的頂部開始一排一排讀到底部，而且幾乎與復位程序的方式和速度一樣。

       正在復位的一排與正在讀出的一排之間的時間延遲叫做積分時間。通過改變復位鍵掃過的一排到開始讀出此排之間的時間，可以控制積分時間（也叫做曝光時間）。在旋轉快門中，積分時間的改變可以從單行時間（復位接著在下一行讀出）上升至全幀時間（復位進行到圖像底部后才開始從頂部讀出）或更多。柯達KAC1310 1.3百萬像素圖像傳感器提供的就是旋轉快門操作模式。

       由于積分過程掃過圖像要經歷一些時間，有些運動的假像就變得很明顯。例如，在拍攝時，如果有一車輛正行駛通過畫面，來自車輛頂部的光線比來自車輛底部的光線積分早一些，就會使得車輛底部在運動方向上出現方向偏差。這可能導致車輛看起來速度有點快，就不能完全精確的顯示車輛。這樣，不同程度的畸變都可能發生，這取決于圖像中運動物體與旋轉快門的關系。

3.帶球形快門的CMOS圖像傳感器

      ＣＭＯＳ圖像傳感器使用柯達專利球形快門來控制曝光，其方式類似于上面提到的行插入式CCD。在球形快門的操作上，積分前整個傳感器處于復位狀態。在積分時間內允許像元積聚電荷。積分時間結束時，每一像元中積聚的電荷被傳送到光屏蔽的存儲區域，然后信號從光屏蔽區域中讀出。因為所有的像元在同一時間復位，用相同的時間間隔積分，而且同時傳輸到光屏蔽存儲區，就沒有形成運動假像的電勢。柯達KAC0311 VGA CMOS、Visa-rio傳感器、高速CMOS傳感器提供旋轉快門和球形快門兩種操作模式。
 

4.CMOS傳感器中閃光的應用

       與膠片攝影機相似，數字攝像機一般也使用閃光來提供足夠的光使圖像在弱光環境中充分曝光。電子閃光持續時間一般很短（微秒級或最長２ｍｓ），但是CMOS圖像傳感器的讀出時間比較長。因此，CMOS圖像傳感器使用閃光燈需要特殊條件。