在工業相機領域，常見的三種快門類型：全局快門（Global Shutter）、卷簾快門（Rolling Shutter）以及全局復位式卷簾快門（Global - reset rolling Shutter）。我們主要來講講全局快門（Global Shutter）和卷簾快門（Rolling Shutter）的區別及應用。

快門類型就是傳感器在生成可被相機解讀為圖像的電信號（即讀出過程）之前，捕獲光線（即曝光過程）的工作方式。全局快門（Global Shutter）和卷簾快門（Rolling Shutter）的選擇直接影響成像質量、測量精度和系統穩定性。以下是兩者在工業應用中的詳細對比：

一、工作原理差異

1. 全局快門（Global Shutter）

曝光方式：所有像素在同一時刻開始和結束曝光，瞬間捕獲完整畫面，類似“瞬時快照”。

技術實現：每個像素集成存儲單元（如額外的電容），曝光后電荷暫存，再逐行讀出。

時序控制：通過全局復位信號同步所有像素的曝光起始和結束。

核心優勢：時間一致性強，適合高速運動或需要嚴格時序同步的場景（如多相機協同）。

全局快門工作方式

2. 卷簾快門（Rolling Shutter）

曝光方式：像素逐行（或逐列）順序曝光，每行之間有微秒級延遲（如從頂部到底部掃描）。

技術實現：利用CMOS傳感器的天然逐行讀取特性，無需額外存儲單元。

時序控制：曝光和讀取同步進行，當前行在讀出的同時，下一行開始曝光。

核心問題：時間錯位導致運動物體畸變（果凍效應）或閃光燈曝光不均。

這種逐行積分的工作機制，使得卷簾快門的運作方式類似于窗簾或百葉窗的滾動效果。

二、工業應用場景

1.全局快門--拍攝快速移動的物體

在工業視覺應用中，當需要拍攝運動物體（如生產線上的快速移動產品或交通監控中的行駛車輛）時，全局快門傳感器展現出獨特的優勢。

該技術通過同步曝光所有像素點的特性，確保每幀圖像采集時所有像素同時開始和結束曝光。關鍵在于設置足夠短的曝光時間，以有效避免運動模糊的產生，從而精準定格運動瞬間。最終，獲取細節清晰、邊緣銳利的高質量圖像，滿足工業檢測和交通監控等場景對圖像精度的嚴格要求。

全局快門的典型應用

• 高速運動檢測

例如：生產線上的零件分揀（傳送帶速度>1m/s）、彈道軌跡分析。

原因：避免運動模糊和畸變，確保測量精度。

• 多相機同步系統

例如：3D立體視覺、機器人引導（需多個相機嚴格同步觸發）。

原因：全局快門可保證所有相機在同一時刻捕獲圖像。

• 高精度測量

例如：PCB焊點檢測、精密尺寸計量、電子元件貼裝檢測、瓶裝飲料液位檢測、包裝印刷缺陷檢測等。

原因：像素間無時間差，邊緣定位更準確。

2.卷簾快門 – 拍攝相對緩慢的物體

當拍攝快速移動的物體時，卷簾快門由于采用逐行曝光的工作機制，會帶來特殊影響。雖然所有像素行的曝光持續時間相同，但每行開始和結束曝光存在微小時間差。在這個時間差內，物體持續移動，導致物體在相鄰像素行中的成像位置發生偏移。最終生成的圖像將出現扭曲變形，其畸變程度取決于物體運動速度與卷簾快門掃描速度的相對關系。

考慮到卷簾快門的價格比全局快門更具優勢，當拍攝的物體不是快速移動物體時，卷簾快門更加適合使用。

卷簾快門拍攝快速移動物體扭曲示意圖

卷簾快門的適用場景

• 低速或靜態場景

例如：倉儲物流掃碼（條碼靜止或低速移動）、半導體晶圓檢測、LCD面板缺陷檢測、精密零件尺寸測量。

優勢：成本低，功耗小，幀率更高（如500fps以上）。

• 需要高分辨率的場景

例如：大視場表面缺陷檢測（如紡織品、玻璃面板）。

原因：卷簾快門傳感器更容易實現高像素（如2000萬像素以上）。

• 預算受限項目 成本差異：同分辨率下，全局快門相機價格可能是卷簾快門的2-5倍。

科研顯微應用：生物細胞觀測、材料表面分析病理切片掃描。

全局快門（Global Shutter）采用全像素同步曝光方式，所有像素同時開始曝光并同時結束曝光。而卷簾快門（Rolling Shutter）則采用從上至下的滾動式曝光方式，逐行開始并結束曝光。

在需要拍攝高速運動物體的場景中（例如生產線上的100%質量檢測），全局快門傳感器是最佳選擇。而對于移動緩慢或靜止的物體（如顯微鏡等科學應用場景），卷簾快門傳感器則更為適合。此外，卷簾快門傳感器通常具有成本優勢，在不需要全局快門的應用中，可有效節省設備成本。