Global Shutter为AI 点睛
关键词：
smartsens , cmos传感器 , 快门
来源：思特威smartsens technology
前言：
ai（人工智能），是目前科技行业最火的话题。从alpha go战胜围棋世界冠军柯洁，到德勤与kira systems 联手，将ai引入会计、税务、审计等财务工作领域，可以看出，ai离我们的生活越来越近了。
ai到底能做什么，每个人都有自己的看法，大家对ai有着非常多的期待，期待ai能够解放人类双手，提高人类的工作效率。但不管怎么样，大家都希望ai可以让机器像人一样思考学习，像人一样听懂语音识别，像人一样控制运动，像人一样进行视觉识别，用机器实现目前所有必须借助人类智慧才能实现的任务。
在ai技术里，人工神经网络非常关键。在人工神经网络模型中，其结构分为输入层，隐藏层和输出层。（如下图）
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而做为ai的输入，目前主要是通过视觉输入和语音输入。为了让机器像人一样进行视觉识别，目前最重要的器件就是camera sensor。camera sensor就像机器的眼睛，为机器感知周围的世界。camera sensor的拍照效果，跟很多参数有关，曝光时间是图像传感器其中一个重要的参数，而快门速度则会影响到camera sensor的曝光时间。
那什么是快门呢？
快门主要用来控制摄像头传感器的有效曝光时间。一般而言快门的时间范围越大越好。若想抓到急速移动的物体，就需要快门速度越快越好。而若需要看到夜晚的车水马龙，就需要快门时间越长越好。
目前主要由两种曝光shutter技术： rolling shutter 和 global shutter
rolling shutter：
rolling shutter的sensor 的曝光是按照逐行曝光的方式实现。在曝光开始的时候，sensor逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。当然，所有的动作在极短的时间内完成。不同行像元的曝光时间不同。
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（图片来源于网络）
global shutter：
与rollingshutter不同，是整幅画面同一时间曝光实现。摄像头传感器sensor的所有像素点同一时间感应光线，同时曝光。sensor读出的是同一时间的同一画面。
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下面有两张图可以介绍这两种技术：
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(图片来源于网络）
左边的图是rolling shutter的曝光方式，逐行扫描。而右面的图则是global shutter的曝光方式，所有像素点一起曝光。
在拍照的时候，rolling shutter成像过程如下图：
左边，是一个常见的场景（上面风扇，下面小汽车），rolling shutter对它进行逐行扫描，成像结果如右图。面对一个运动中的物体，rolling shutter是一行一行曝光，采集画面，所以形变非常严重。而global shutter是所有像素同时曝光，所以不会产生此形变。
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之所以global shutter 能够做到全局曝光，跟rolling shutter相比，主要是global shutter在每一个像素上都增加了一个存储单元，才使得所有的像素能够同时曝光。
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同rolling shutter相比，global shutter的sensor可以很好的解决以下问题：
1. 高速物体变形 （左图是采用global shutter技术的 smartsens sc132gs拍摄的图片，右图是 rolling shutter sensor拍摄的图片）。
可以明显看出用rolling shutter sensor拍摄高速运动的风扇，物体会变形。
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（图片来源于smartsens）
2. 明暗现象 （左图是采用global shutter技术的 sc132gs拍摄的图片，右图是没有采用hdr技术拍摄的图片）
在光线有明暗变化的时候，左图global shutter sensor 不会有明暗瑕疵，可以做到单帧hdr。
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（图片来源于smartsens）
成像技术不停的演进，促进了ai的发展。通过ai，大数据和互联网技术，带动了智慧城市的建设。智能安防，智慧交通，智慧工厂，智慧商业，智能家居，都能看到camera的身影。一般情况下，rolling shutter技术就足够了，但若要捕捉高速运动物体，或在环境光条件不理想的情况下获取清晰图像的时候，使用global shutter技术，无疑会带来更好的效果。
1. 智慧安防
目前来看，ai最容易落地的就是安防领域。通过ai技术，将监控中的人准确无误的抓拍下来，可以最大化的实现监控目的。一般情况下，安防camera主要抓拍的都是行人，都是慢速运动的物体，rolling shutter sensor就可以胜任。但若通过global shutter sensor，则可以在高速移动的拍摄场景中有效降低图像畸变，避免了抓拍时，人物或物体运动带来的斜坡晃动现象，以及人脸模糊的问题，从而提供更清晰的图像。因此在高速违章查处，卡口etc等需要道路监控的地方，global shutter比rolling shutter更加胜任。
2. 智慧交通
为了让城市交通更加便利，疏导公共交通，智慧交通系统是解决交通发展瓶颈的有效手段之一。高速违章查处，卡口etc，十字路口的道路监控，停车场的智能管理，道路流量监测，电子警察等都离不开成像技术。只有准确的成像信息，才能更加准确地判断当前的路况以及车辆的情况，才能更好地实现智慧交通。这个时候，global shutter可以更好的助力智慧交通。
为了实现智慧交通，从汽车角度来看，新型汽车都在从adas辅助驾驶向自动驾驶的方向演进。无论是辅助驾驶还是自动驾驶，汽车的中控芯片对sensor接收下来的图像信息要求越来越高。中控芯片需要sensor在车辆高速运动中，不仅提供没有变形的清晰图片，还需要提供周边物体与车辆的距离。而global shutter sensor一方面可以避免车辆高速运动时，rolling shutter sensor 拍摄变形的问题，另外一方面，结合结构光技术（接收sensor是global shutter的）或者双目摄像头（两个摄像头若都是global shutter最好）技术，就可以提供更清晰的图像，以便于中控更加精准的计算出周边物体与车体的距离，判断当前的路况，判断交通灯的状况，才能使车辆行驶更加安全。
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3. 智慧工厂
由于global shutter sensor可以清楚的还原高速运动中的物体的形态，有效避免rolling shutter sensor 担心图像质量而降低自动流水线的速度问题。所以大型工厂在检测，质量管控，机械臂操作，物流，测量等自动化生产时，使用global shutter可以提高生产效率。
4. 智慧商业
随着支付宝，微信支付的发展，国内二维码支付变得非常流行。而对于店家来讲，扫码设备的需求也在增长。对于扫码设备来讲，若用global shutter sensor可以使扫码设备的可识别区域变长，使用户拥有更优的体验感。
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（图片来源于smartsens）
5. 智能家居
家用设备若要智能化，也需要camera的帮忙。比如，扫地机器人。扫地机器人若想将屋内的空间测量出来或者识别前方是否有障碍物，都离不开camera这只眼睛。同样，global shutter则可以帮助扫地机器人更加精准的获得距离信息，使得扫地机器人更加智能化。
虽然说global shutter 有很多优势，但是也无法完全替代rolling shutter。global shutter sensor适用于拍摄高速运动物体，或ai应用中基于机器视觉算法的智能感知技术（vslam/手势跟踪识别/光流等算法），rolling shutter sensor则适用于拍摄运动速度相对较慢的物体或场景，可获得更高的成像信噪比。而且由于global shutter 需要对每个像素都要增加一个存储单元，这样增加了sensor的生产难度以及成本。
考虑到bsi在低照条件下的成像亮度和清晰度都比fsi有更大的优势，可以有效增加global shutter sensor在应用场景上的拓展，适应性更广，smartsens首创将bsi技术和global shutter技术相结合，发布了多款基于bsi(背照式)的global shutter sensor产品。
ai和iot的发展，影响着人们的生活，甚至在改变人们的生活。而做为ai和iot的眼睛，camera sensor的技术发展也间接影响着ai和iot的发展。smartsens的理念是服务于应用技术的发展趋势，根据市场和应用技术的需求，将看清万物的“眼”做到极致。通过不断完善提升cmos成像传感器的设计和制造能力，为ai和iot点睛。
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来源：思特威smartsens technology
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ai（人工智能），是目前科技行业最火的话题。从alpha go战胜围棋世界冠军柯洁，到德勤与kira systems 联手，将ai引入会计、税务、审计等财务工作领域，可以看出，ai离我们的生活越来越近了。
ai到底能做什么，每个人都有自己的看法，大家对ai有着非常多的期待，期待ai能够解放人类双手，提高人类的工作效率。但不管怎么样，大家都希望ai可以让机器像人一样思考学习，像人一样听懂语音识别，像人一样控制运动，像人一样进行视觉识别，用机器实现目前所有必须借助人类智慧才能实现的任务。
在ai技术里，人工神经网络非常关键。在人工神经网络模型中，其结构分为输入层，隐藏层和输出层。（如下图）
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而做为ai的输入，目前主要是通过视觉输入和语音输入。为了让机器像人一样进行视觉识别，目前最重要的器件就是camera sensor。camera sensor就像机器的眼睛，为机器感知周围的世界。camera sensor的拍照效果，跟很多参数有关，曝光时间是图像传感器其中一个重要的参数，而快门速度则会影响到camera sensor的曝光时间。
那什么是快门呢？
快门主要用来控制摄像头传感器的有效曝光时间。一般而言快门的时间范围越大越好。若想抓到急速移动的物体，就需要快门速度越快越好。而若需要看到夜晚的车水马龙，就需要快门时间越长越好。
目前主要由两种曝光shutter技术： rolling shutter 和 global shutter
rolling shutter：
rolling shutter的sensor 的曝光是按照逐行曝光的方式实现。在曝光开始的时候，sensor逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。当然，所有的动作在极短的时间内完成。不同行像元的曝光时间不同。
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global shutter：
与rollingshutter不同，是整幅画面同一时间曝光实现。摄像头传感器sensor的所有像素点同一时间感应光线，同时曝光。sensor读出的是同一时间的同一画面。
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左边的图是rolling shutter的曝光方式，逐行扫描。而右面的图则是global shutter的曝光方式，所有像素点一起曝光。
在拍照的时候，rolling shutter成像过程如下图：
左边，是一个常见的场景（上面风扇，下面小汽车），rolling shutter对它进行逐行扫描，成像结果如右图。面对一个运动中的物体，rolling shutter是一行一行曝光，采集画面，所以形变非常严重。而global shutter是所有像素同时曝光，所以不会产生此形变。
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之所以global shutter 能够做到全局曝光，跟rolling shutter相比，主要是global shutter在每一个像素上都增加了一个存储单元，才使得所有的像素能够同时曝光。
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同rolling shutter相比，global shutter的sensor可以很好的解决以下问题：
1. 高速物体变形 （左图是采用global shutter技术的 smartsens sc132gs拍摄的图片，右图是 rolling shutter sensor拍摄的图片）。
可以明显看出用rolling shutter sensor拍摄高速运动的风扇，物体会变形。
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2. 明暗现象 （左图是采用global shutter技术的 sc132gs拍摄的图片，右图是没有采用hdr技术拍摄的图片）
在光线有明暗变化的时候，左图global shutter sensor 不会有明暗瑕疵，可以做到单帧hdr。
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成像技术不停的演进，促进了ai的发展。通过ai，大数据和互联网技术，带动了智慧城市的建设。智能安防，智慧交通，智慧工厂，智慧商业，智能家居，都能看到camera的身影。一般情况下，rolling shutter技术就足够了，但若要捕捉高速运动物体，或在环境光条件不理想的情况下获取清晰图像的时候，使用global shutter技术，无疑会带来更好的效果。
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虽然说global shutter 有很多优势，但是也无法完全替代rolling shutter。global shutter sensor适用于拍摄高速运动物体，或ai应用中基于机器视觉算法的智能感知技术（vslam/手势跟踪识别/光流等算法），rolling shutter sensor则适用于拍摄运动速度相对较慢的物体或场景，可获得更高的成像信噪比。而且由于global shutter 需要对每个像素都要增加一个存储单元，这样增加了sensor的生产难度以及成本。
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ai和iot的发展，影响着人们的生活，甚至在改变人们的生活。而做为ai和iot的眼睛，camera sensor的技术发展也间接影响着ai和iot的发展。smartsens的理念是服务于应用技术的发展趋势，根据市场和应用技术的需求，将看清万物的“眼”做到极致。通过不断完善提升cmos成像传感器的设计和制造能力，为ai和iot点睛。
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