卷帘快门与全局快门.

图像传感器快门差异

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卷帘快门（Rolling Shutter）与全局快门（Global Shutter）的区别

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全局快门（Global Shutter, GS）和卷帘快门（Rolling Shutter, RS）是两种常见的CMOS传感器快门技术。它们的不同之处主要在于曝光方式，从而影响了成像效果及在实际应用中的适用性，特别是在SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即同时定位与建图）系统中有各自的优缺点。

一. 全局快门和卷帘快门的区别{#全局快门和卷帘快门的区别}

曝光方式：

全局快门：

传感器的所有像素在同一时刻同时曝光。这样生成的图像不会因运动而产生形变。

卷帘快门：

像素按行或列逐行依次曝光，通常是从上到下逐行读取，因此不同时刻的像素曝光会存在时间差。这种逐行读取方式容易在相机或物体运动时产生变形。

图像失真：

全局快门：

即使在高速运动情况下也能捕捉无形变的图像。

卷帘快门：

在运动中易出现“果冻效应”，即直线物体可能会变成弯曲的形状。此外，也可能导致旋转和倾斜物体的变形（如倾斜的水平线）。

二. 在 SLAM 中的优缺点

SLAM算法通常要求高精度的视觉和位置信息，以构建环境地图和实现精准定位。不同的快门技术会直接影响SLAM的效果。

全局快门相机在SLAM中的优缺点 优点： 图像稳定性：在拍摄动态场景时，GS相机能够提供无形变的图像，这对于视觉SLAM的特征提取、匹配和位姿估计非常有利。特征不会因为快门的延迟而错位或扭曲。 高运动精度：在高速运动或机器人应用中，全局快门的同步曝光可以确保捕捉的图像准确反映真实物体的位置，从而在运动中提高SLAM系统的鲁棒性。 缺点： 成本较高：由于全局快门CMOS传感器的设计和制造成本较高，GS相机的价格也普遍高于卷帘快门相机。 功耗更高：全局快门通常需要更高的功耗来驱动同步曝光，并且较难在低照度环境下提供较好的性能。 卷帘快门相机在SLAM中的优缺点 优点：

成本较低：卷帘快门的设计和制造相对简单，因此RS相机的成本更低，应用更加广泛。 功耗较低：相比全局快门，卷帘快门的功耗更低，适用于能耗敏感的场景（如无人机和小型移动机器人）。 缺点：

运动形变：在拍摄动态场景时，卷帘快门会因为逐行曝光而导致图像出现形变，这种“果冻效应”会导致特征点的误差和失配，影响SLAM的定位精度。 运动模糊：在高速运动场景中，卷帘快门更易出现模糊，使得特征点难以被准确提取和跟踪，进而降低SLAM的建图质量。 卷帘快门在SLAM中的应对措施 尽管RS相机在运动形变上有局限性，但一些算法可以在视觉SLAM中通过后处理来减少形变影响：

去卷帘失真：通过分析相机的运动模型，尝试对卷帘快门图像中的“果冻效应”进行校正，使图像更接近真实结构。 融合IMU数据：利用惯性测量单元（IMU）与RS相机进行数据融合，通过IMU提供的姿态信息补偿卷帘快门造成的图像偏移和形变。

三. 总结

全局快门相机适用于动态或高速运动场景的SLAM应用，能够提供高精度、无形变的图像，但成本和功耗较高。 卷帘快门相机适合静态或慢速移动场景的SLAM应用，在成本、功耗上具备优势，但在高速运动中会出现图像形变，影响SLAM的定位和建图精度。