Global-Shutter für Embedded-Vision-Anwendungen
Wenn es bei der Bewegungserfassung auf präzise Bilddaten ankommt – und nicht nur auf erkennbare Bilder.
Ein verzerrtes Bild ist nicht nur ein visuelles Problem
Im Bereich der eingebetteten Bildverarbeitung dient eine Kamera selten nur dazu, Bilder für Menschen aufzunehmen. Vielmehr erfasst sie Daten, die Maschinen zur Erkennung, Messung, Navigation, Ausrichtung, Prüfung und Reaktion nutzen.
Dies verändert die Art und Weise, wie Bildqualität verstanden werden muss. In einem schnell reagierenden eingebetteten System können Verzerrungen zu fehlerhaften Eingabedaten führen. Dies kann sich auf die Objekterkennung, die Merkmalsverfolgung, die Lokalisierung, die Roboterführung, das Lesen von Barcodes, die Maßprüfung oder die Konfidenz eines am Edge laufenden KI-Modells auswirken.
Aus diesem Grund ist die Global-Shutter-Technologie von Bedeutung.
Jedes Pixel. Im selben Moment.
Wenn sich die Kamera, das Objekt, der Roboter, die Drohne, das Fahrzeug oder das Förderband bewegt, kommt es auf den genauen Zeitpunkt der Bildaufnahme an. Rolling-Shutter-Sensoren erfassen ein Bild Zeile für Zeile. Für viele Anwendungen ist dies vollkommen ausreichend.
Ist die Bewegung jedoch schnell genug, kann die Zeitdifferenz zwischen der ersten und der letzten Zeile des Bildes zu Schräglagen, Dehnungen, Wackeln oder Formverzerrungen führen. Das Bild mag zwar noch erkennbar sein, doch die Geometrie der Szene wird nicht mehr zu einem einzigen Zeitpunkt erfasst.
Global-Shutter-Sensoren lösen dieses Problem, indem sie alle Pixel gleichzeitig belichten. Das Ergebnis ist ein Bild, das die Position und Form sich bewegender Objekte besser wiedergibt. Für eingebettete Systeme, die auf visuelle Daten angewiesen sind, um Entscheidungen in Echtzeit zu treffen, kann dieser Unterschied von großer Bedeutung sein.
Beim Global-Shutter-Verfahren geht es um die Datenintegrität
Der Global-Shutter wird üblicherweise anhand eines Vergleichs mit dem Rolling-Shutter erläutert. Diese Erklärung ist zwar zutreffend, erklärt jedoch nicht vollständig, warum der Global-Shutter im Bereich der Embedded-Vision so wichtig ist.
In einem Bildverarbeitungs- oder Edge-KI-System wird das Bild häufig direkt an eine Software weitergeleitet, die eine Entscheidung treffen muss. Ein Roboter muss möglicherweise die Position eines sich bewegenden Objekts berechnen. Eine Drohne muss möglicherweise Merkmale in der Umgebung zur Navigation erfassen. Ein Logistiksystem muss möglicherweise einen Code auf einem sich schnell bewegenden Paket lesen. Ein Verkehrssystem muss möglicherweise ein Kennzeichen an einem fahrenden Fahrzeug identifizieren.
In jedem Fall dokumentiert die Kamera nicht lediglich das Geschehene. Sie liefert vielmehr die Grundlage für eine Systemreaktion in Echtzeit.
Ist das Bild verzerrt, kann es vorkommen, dass der nachgelagerte Algorithmus gezwungen ist, ungenaue Geometriedaten zu interpretieren – ein quadratisches Objekt kann verzerrt erscheinen, ein für die Verfolgung verwendeter Merkmalspunkt stimmt möglicherweise nicht mit seiner tatsächlichen Position überein, und ein sich schnell bewegendes Ziel wird zwar erkannt, seine Position ist jedoch unzuverlässig.
Sensor readout: what each pixel actually captures
Watch each sensor read its pixels while an object moves through the scene. The bottom row shows the actual captured frame your algorithm receives. Select object speed to see how readout timing determines data quality.
In welchen Fällen Rollläden zu einem Problem werden können
Der Rolling-Shutter-Effekt wird aus guten Gründen häufig eingesetzt – hochauflösende Bildgebung, hervorragende Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen, kompakte Bauweise und kostengünstige Systeme. In vielen Embedded-Vision-Anwendungen ist er die richtige Wahl. Eine Herausforderung ergibt sich jedoch, wenn eine schnelle Relativbewegung zwischen Kamera und Motiv vorliegt.
Schräge vertikale Linien
Gerade Kanten erscheinen schräg, wenn sich die Kamera oder das Objekt während der Abtastung horizontal bewegt.
Gestreckte oder gestauchte Objekte
Je nach Bewegungsrichtung während der Belichtung erscheinen Objekte größer oder kleiner, als sie tatsächlich sind.
Verformte rotierende Teile
Sich drehende Bauteile wie Lüfter, Räder oder Propeller wirken verzogen oder verbogen.
Instabile Szenengeometrie
Die Merkmalspunkte verschieben sich innerhalb des Bildausschnitts, wodurch die Lokalisierung und die Messung unzuverlässig werden.
Conveyor & logistics: how rolling shutter corrupts geometry
A package moves along a conveyor belt. Both sensors watch the same scene. Raise belt speed to see rolling shutter geometry corruption — and what it means for the downstream algorithm.
Anwendungsbereiche, in denen der Global-Shutter-Effekt zum Tragen kommt
Der gemeinsame Nenner ist nicht einfach nur die Geschwindigkeit. Der gemeinsame Nenner ist vielmehr die Frage, ob Bewegungen die Zuverlässigkeit der aus dem Bild extrahierten Daten beeinträchtigen können.
Robotik und Automatisierung
Objekterkennung, Lokalisierung, Navigation, Kommissionierung, Sortierung. AMRs, AGVs, Humanoide, Lagerroboter – Entscheidungen in Echtzeit während der Bewegung durch die Umgebung.
Drohnen & UAVs
Navigation, Kartierung, Landeunterstützung, Hinderniserkennung, Inspektion, visuelle Positionsbestimmung. Dies ist von entscheidender Bedeutung, wenn während des Fluges Kamerabewegungen und Vibrationen auftreten.
Intelligentes Verkehrswesen
Kennzeichenerkennung, Verkehrsüberwachung, Fahrzeugklassifizierung, Mauterhebung, Verkehrsüberwachung und Straßenrandanalysen in Situationen, in denen Fahrzeuge sich schnell durch das Bildfeld bewegen.
Bewegungsanalyse und Wissenschaft
Sportanalytik, Biowissenschaften und Forschungsbildgebung, wo schnelle Bewegungen ohne geometrische Verzerrung erfasst werden müssen, um genaue Messungen zu ermöglichen.
Readout timing: why row offset matters for your application
Each row on a rolling shutter sensor fires at a different moment in time. Select your application to see how that timing offset corrupts the geometry your algorithm receives - and how global shutter eliminates it.
Drone & UAV: vibration-induced wobble distortion
A drone camera captures a structured scene with visual feature points used for SLAM navigation. Rolling shutter reads each row at a different moment — vibration turns that into wobble. Select an intensity level to see what the nav algorithm actually receives.
Was Sie bei einem kompletten Bildverarbeitungssystem beachten sollten
Ein Global-Shutter-Sensor ist nur ein Bestandteil eines zuverlässigen Embedded-Vision-Systems. Um eine hohe Leistungsfähigkeit zu erzielen, müssen Entwicklungsteams zudem den Strahlengang, die mechanische Integration, die Embedded-Plattform, den Software-Stack sowie die Produktionsanforderungen berücksichtigen.
Bei KI-gestützten Systemen kann die Bildkonsistenz ebenso wichtig sein wie die Bildaufnahme selbst. Wenn Belichtung, Farbe, Schärfe, Rauschen oder Fokus zu stark variieren, kann die Leistung des Modells weniger vorhersehbar werden.
An dieser Stelle setzt FRAMOS den Global-Shutter-Ansatz als Teil der gesamten Embedded-Vision-Pipeline ein – von der Sensorauswahl bis zur Systemintegration bei geringerem Risiko. Dazu gehören Sensorkompetenz, Moduldesign, Objektivabstimmung, Dienstleistungen zur geometrischen Kalibrierung, Open-Source-Treiber sowie Plattformunterstützung für alle führenden Embedded-Plattformen.
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Our engineering team can help you select the right module, interface, lens and driver setup for your platform.
Angebot anfordernObjektivauswahl und Optik
Das Sichtfeld, die Verzerrung, die Schärfe, die Lichtdurchlässigkeit und die Schärfentiefe beeinflussen allesamt die von dem Sensor gelieferten Ergebnisse.
Beleuchtung und Belichtung
Ermittelt, ob die Bewegung für den Algorithmus deutlich genug eingefroren ist, um Bewegungsunschärfe auf Pixelebene zu vermeiden.
Schnittstelle und Bandbreite
Stellt sicher, dass die erforderliche Auflösung und Bildrate zuverlässig in das Verarbeitungssystem übertragen werden können.
Treiber- und ISP-Unterstützung
Gibt an, ob sich die Kamera ohne monatelange Einrichtungsphase effizient in die Zielplattform integrieren lässt.
Geometrische Kalibrierung
Dies ist von entscheidender Bedeutung, wenn die Kamerageometrie für die Lokalisierung, Messung oder in Mehrkamerasystemen genau verstanden werden muss.
FRAMOS-Global-Shutter -Module für die Embedded-Vision
FRAMOS bietet Global-Shutter-Kameramodule für Teams an, die Embedded-Vision-Systeme entwickeln, bei denen Bewegungsgenauigkeit, Integrationsgeschwindigkeit und die Zuverlässigkeit der Bilddaten von entscheidender Bedeutung sind.
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Das FSM:GO IMX900 ist der empfohlene Ausgangspunkt für die meisten bewegungskritischen Anwendungen. Es vereint die Global-Shutter-Leistung des Sony Pregius S, ein umfassendes FSM:GO-Moduldesign, verschiedene Objektivoptionen, Plattformunterstützung sowie einen schnellen Zugang über den Vertrieb – mehrere Aspekte, die in einem Embedded-Vision-Modul normalerweise nur schwer zu vereinen sind.
Sony ist weithin für seine leistungsstarke Global-Shutter-Sensortechnologie bekannt, doch Produkte, die auf diesen Sensoren basieren, waren bislang in der Regel teuer, technisch aufwendig oder schwer in eingebettete Systeme zu integrieren. FSM:GO IMX900 ändert diese Situation. Zu einem Preis, der mit anderen Global-Shutter-Lösungen der Einstiegsklasse vergleichbar ist, erhalten Entwicklungsteams ein komplettes, einsatzbereites Modul mit validierter Sensorintegration, Objektivoptionen, standardisierten Schnittstellen sowie Unterstützung für NVIDIA Jetson, NXP, Qualcomm und Raspberry Pi. Open-Source-Treiber und ISP-Unterstützung sind im Lieferumfang enthalten.
Viele Teams im Bereich Embedded Vision möchten nicht monatelang an der Entwicklung des Kamera-Stacks arbeiten, bevor sie ihre eigentliche Produktidee bewerten können. FSM:GO wurde genau für diesen Zweck entwickelt – anschließen, die Bildverarbeitungs-Pipeline in Betrieb nehmen, die Bildqualität überprüfen und mit dem Testen beginnen. Erhältlich bei Mouser für einen schnellen Bezug in kleineren Stückzahlen.
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Entwickelt für Anwendungen, bei denen Bewegungsgenauigkeit, hohe Auflösung und schnelle Bilddatenübertragung gleichermaßen erforderlich sind. Die SLVS-EC-Schnittstelle mit 8 Datenkanälen ermöglicht hochauflösende Global-Shutter-Bildgebung für anspruchsvolle Anwendungen in den Bereichen industrielle Bildverarbeitung, Inspektion, Robotik und Verkehr.
Die Integration von SLVS-EC kann für Teams, die mit FPGA-basierter Verarbeitung, kundenspezifischen Trägerplatinen oder Architekturen mit hoher Bandbreite arbeiten, komplex sein. FRAMOS bietet eigene SLVS-EC-IP sowie fundiertes Fachwissen im Bereich der Sony-Sensorintegration – ein starker Partner, wenn SLVS-EC Teil des Systemdesigns ist.
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Für Anwendungen, die eine höhere Auflösung als der IMX900 erfordern und gleichzeitig ein kompaktes Global-Shutter-Format beibehalten sollen, ist der FSM-IMX568 eine hervorragende Wahl. Er liefert zusätzliche Bilddetails und gewährleistet gleichzeitig die verzerrungsfreie Bildaufnahme, die für bewegungsempfindliche Embedded-Vision-Anwendungen erforderlich ist.
Erhältlich in Farbe und Schwarz-Weiß mit C-/CS-Anschlussoptionen. Hervorragend geeignet für Robotik, industrielle Inspektion, Logistikautomatisierung und industrielle Bildverarbeitung, bei denen sich Objekte bewegen, jedoch zusätzliche räumliche Details erforderlich sind.
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Das FSM-IMX421 ist eine hervorragende Wahl für Anwendungen, bei denen die Bildrate im Vordergrund steht. Das Modul verfügt über den IMX421 Pregius Global-Shutter-Sensor von Sony, der eine Auflösung von 1944 × 1472 und Bildraten von bis zu 409 fps bietet. Dank der Unterstützung von SLVS-EC über 8 Kanäle ist das FSM-IMX421 für die Hochgeschwindigkeits-Bildaufnahme ausgelegt, bei der eine schnelle Datenübertragung entscheidend ist. Damit eignet es sich hervorragend für Bewegungsanalysen, Hochgeschwindigkeitsprüfungen, Robotik, industrielle Automatisierung und Bildverarbeitungssysteme, bei denen Ereignisse schnell ablaufen und die Bildverarbeitungskette Schritt halten muss.
Für Teams, die FPGA-basierte Systeme entwickeln, kann FRAMOS sowohl die Integration von Sensormodulen als auch die SLVS-EC-Implementierung durch unsere eigene SLVS-EC-IP und unsere Fachkompetenz im Bereich Sony-Sensoren unterstützen.
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Eine spezielle Global-Shutter-Option für Embedded- und Industriearchitekturen, die eine LVDS-Sensoranbindung erfordern. Während viele Embedded-Vision-Systeme heutzutage auf MIPI CSI-2 basieren, setzen einige industrielle, FPGA-basierte und kundenspezifische Verarbeitungskonzepte auf eine Anbindung nach LVDS-Standard.
Das FSM-IMX304 bietet Zugriff auf die bewährte Global-Shutter-Leistung von Sony in einem Modulformat, das für spezialisierte Bildaufnahmeprozesse geeignet ist – insbesondere dann, wenn die Sensorschnittstelle Teil der Architekturentscheidung ist.
Die Auswahl des richtigen Global-Shutter-Moduls
Die Wahl des geeigneten Moduls hängt von der Anwendung, den Anforderungen an die Auflösung, den Bewegungsbedingungen, den Anforderungen an das Objektiv, der Verarbeitungsplattform und dem Integrationsweg ab.
Finden Sie das passende Modul für Ihre Anwendung
Beantworten Sie drei kurze Fragen, und wir zeigen Ihnen, welches FRAMOS-Global-Shutter-Modul Ihren Anforderungen entspricht.
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| Modul | Auflösung | Interface | Best fit for | Availability |
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FSM:GO IMX900
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| FSM-IMX304 | 12,4 MP | LVDS | Spezialisierte Architekturen, die LVDS-Konnektivität und FPGA-basierte Bildverarbeitungs-Pipelines erfordern | FRAMOS direkt |
Der Global-Shutter ist eine Entscheidung auf Systemebene
FRAMOS unterstützt Entwicklungsteams bei der Auswahl des richtigen Sensors, Moduls, Objektivs, der richtigen Schnittstelle, des richtigen Treibers, der richtigen Bildverarbeitungskette und des richtigen Integrationsansatzes für die jeweilige Anwendung.