高速攝像機是一種能夠以較高幀率(通常超過每秒250幀,甚至可達每秒數萬至數百萬幀)捕獲運動圖像的設備。圖像傳感器是設備的核心部件,直接決定了高速攝像機的幀率、畫質和適用場景。目前高速攝像機主流的圖像傳感器主要有CMOS 傳感器和CCD 傳感器兩類:
1. CMOS 傳感器
CMOS 是當前高速攝像機較常用的傳感器類型,尤其在高幀率場景中占據較大地位,優勢:
高幀率潛力大:CMOS 傳感器采用逐行讀取或列并行讀取技術,信號傳輸速度遠快于 CCD,輕松實現每秒數千甚至數萬幀的拍攝。
低功耗:CMOS 傳感器每個像素點自帶信號放大電路,無需額外的電荷轉移電路,整體功耗僅為 CCD 的 1/10 到 1/5,適合長時間高速拍攝。
集成度高:可將圖像信號處理、模數轉換等功能集成在同一芯片上,簡化攝像機內部結構,縮小設備體積。
技術特點:
動態范圍較早期有顯著提升,部分 CMOS 傳感器動態范圍已達 12-16 檔,能捕捉明暗對比強烈的場景細節。
存在一定的 “滾動快門效應”,但通過全局快門技術可有效緩解,滿足高速運動物體無畸變拍攝需求。
2.CCD 傳感器:
核心優勢:
畫質純凈度高:CCD 采用電荷逐行轉移的方式讀取信號,像素間干擾小,噪點控制優于早期 CMOS,圖像色彩和細節表現更細膩。
全局快門天然支持:CCD 的電荷轉移機制使其天生具備全局快門特性,拍攝高速運動物體時不會出現果凍效應,畫面畸變極小。
技術局限:
幀率上限低:電荷轉移速度慢,即使是高速 CCD,幀率通常也難以突破每秒 1000 幀,無法滿足超高速場景需求。
功耗與體積大:需要復雜的外圍電路支持,功耗高且設備集成度低,導致攝像機體積較大,便攜性差。
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