【イメージセンサ】ローリングシャッター歪み・残像とは?

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工学

露光時間が長かったり、被写体が動いている場合などにローリングシャッター歪みや残像という現象が発生したりします。本記事ではローリングシャッタと残像について解説します。

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ローリングシャッター歪みとは

※ローリングシャッター歪み
( https://minkara.carview.co.jp/userid/1329862/blog/25805059/ より引用)

ローリングシャッター歪みはローリングシャッターで高速で動く被写体を撮影するときに上の写真のように画像の上と下でずれて歪んでしまう現象です。ローリングシャッターはCMOSイメージセンサで採用されていることが多いため、ローリングシャッター歪みもCMOSイメージセンサで発生しやすくなります。

ローリングシャッター歪みの原因

イメージセンサは光を露光して、電荷を信号として転送します。信号を転送している間等には光を遮る必要があるため、必要のない間はシャッターで光を遮ります。グローバルシャッターは全画素で光を露光するタイミングが同じであるのに対し、ローリングシャッターは画素の下の行などから順に露光します。ローリングシャッターでは下の行などから順に光を露光するため、被写体が高速で移動している場合は画素の下の行で露光したときから遅れて上の行では露光するため被写体が移動した状態を露光するため画像が歪んでしまいます。

ローリングシャッター歪みの改善

ローリングシャッター歪みはローリングシャッターで発生してしまうため、グローバルシャッターであれば発生しません。他には高いfps で撮影 (高速撮影)することで下の行で露光するタイミングの上の行で露光するタイミングの差が小さくなるためローリングシャッター歪みを抑えることができます。

ユーザーとしては被写体の動きに合わせてカメラを移動させて撮影 (流し撮り)することでもローリングシャッター歪みの影響を抑えることができます。

残像とは

※残像

残像は前のフレームの信号が完全に転送しきれずに次のフレームで信号が出てきてしまうノイズです.そのため動かない対象物ではわかりませんが,速く動く対象物でみられます.原因としては電荷の移動するスピードが遅く信号が残ってしまう,転送するゲートが電位障壁が十分に下がっていない,電荷が酸化膜などで捕獲されてしまうなどがあげられます.

残像はただ次のフレームに残るだけではなく,残像が起こる場合は画素毎によって違いがあるため固定パターンノイズとしての成分も出てきますし,同じ画素でもどれだけ電子が残るかがランダムに変化するショットノイズの成分もあり,また非線形性の原因にもなるので残像が極力なくすように設計する必要があります.

まとめ

  • ローリングシャッター歪み:ローリングシャッターで高速で動く被写体を撮影するときに画像の上と下でずれて歪んでしまう現象
  • 残像:前のフレームの信号が次のフレームに残ってしまうノイズ

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コメント

  1. 露光ってなんですか?

    • イメージセンサでは各画素で光を電荷に変換して,その電荷の量によって明るさが決まります.ただし常に光を電荷に変換しているわけではなく,光を遮っている時間とそうでない時間があります.露光は光を遮らないで,光を電荷に変換することです.ちなみにシャッタで光を遮ったりします.

  2. コントラストってなんですか?

    • コントラストは画像の明るい部分と暗い部分の差のことで,画像編集ソフトなどでコントラストを高くすると,明るい部分と暗い部分の差が大きくなります.

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