4.6. תריס מתגלגל ותריס גלובלי

החיישן קורא את רשת הפיקסלים הדו-ממדית שלו תא אחר תא. שני דברים בנוגע לקריאה הזו מעצבים את התמונה המוקלטת: הסדר שבו הפיקסלים נסרקים, וכיצד חלון החשיפה של כל שורה מתיישר עם הסריקה הזו בזמן. הראשון קבוע על ידי הסיליקון; השני מגיע בשני סוגים מבוססים שחשובים מאוד לסצנות שבהן יש תנועה.

4.6.1. סדר הקריאה

חיישנים טיפוסיים מתחילים מהפיקסל בפינה השמאלית-תחתונה וסורקים ימינה לאורך אותה שורה, ואז מתקדמים מעלה לשורה הבאה וסורקים ימינה שוב, וכך הלאה עד שהם מסיימים בפינה הימנית-עליונה.

מערך הפיקסלים נקרא החל מהפיקסל בפינה השמאלית-תחתונה, תוך סריקה ימינה לאורך כל שורה והתקדמות מעלה לשורה הבאה בין השורות.

הסדר אינו מקרי. העדשה מהפכת את הסצנה אופקית ומהפכת אותה אנכית בעת שהיא מקרינה אותה על החיישן – ראש הסצנה נוחת בתחתית החיישן ושמאל הסצנה בימין החיישן – והקריאה שמתחילה מהפינה השמאלית-תחתונה ועולה מעלה עוברת על החיישן בסדר שמבטל את שני ההיפוכים, ומכניסה את הפיקסלים לזיכרון בכיוון הנכון.

4.6.2. תריס מתגלגל

בחיישן עם תריס מתגלגל, כל שורה נחשפת ונקראת בתורה. בזמן שאחת השורות נקראת, הבאה אחריה עדיין מסיימת את החשיפה שלה, זו שאחריה רק התחילה, וכן הלאה – חלון החשיפה של כל שורה מוסט מעט בזמן מזה של השורה הבאה. חלון האינטגרציה של החיישן מתגלגל לרוחב הפריים בסדר הסריקה, וסריקה מלאה אורכת את כל פרק זמן הפריים.

עבור סצנות נייחות הדבר בלתי נראה. עבור סצנות עם תנועה מהירה ההיסט מתבטא כ-עיוות הטיה – עצם שזז בין הרגע שבו השורה הראשונה נלכדת לבין הרגע שבו השורה האחרונה נלכדת מופיע במיקומים שונים בשורות שונות של אותו פריים.

פס אנכי שזז ימינה, כפי שנלכד על ידי כל סוג של תריס. תריס מתגלגל מטה את הפס מכיוון שראש הפריים נקרא בזמן שונה מהתחתית; תריס גלובלי מקפיא את הפס ברגע אחד.

תריס מתגלגל הוא התכנון הזול יותר. מכיוון שכל שורה נקראת מיד לאחר שהיא מסיימת את החשיפה, מעגל הפיקסל אינו זקוק לאחסון ממוגן לכל פיקסל כדי לשמור על הערך שלו לאורך קריאה רוחבית של כל החיישן. הטרנזיסטורים שנחסכים מותירים לפוטו-דיודה חלק גדול יותר משטח הפיקסל, מה שמתורגם ישירות לרגישות גבוהה יותר ורעש נמוך יותר באותו גודל פיזי של פיקסל. רוב חיישני התמונה הצרכניים הם בעלי תריס מתגלגל מסיבה זו.

4.6.3. תריס גלובלי

בחיישן עם תריס גלובלי, כל פיקסל מתחיל את החשיפה שלו באותו רגע ומסיים אותה באותו רגע. המטען הנלכד מועבר אז לאזור אחסון ממוגן בפיקסל, והקריאה שורה אחר שורה מתבצעת משם. הפריים הנלכד מייצג רגע אחד בזמן, ללא קשר למהירות שבה הסצנה זזה.

תריס גלובלי עולה יותר סיליקון, והעלות נופלת על הפוטו-דיודה. שמירה על הערך של כל שורה לאורך קריאה רוחבית של כל החיישן דורשת תא אחסון ממוגן נוסף בכל פיקסל בתוספת הטרנזיסטורים שמבודדים אותו מהפוטו-דיודה – שטח שאחרת היה שייך לפוטו-דיודה עצמה. פוטו-דיודה קטנה יותר לוכדת פחות פוטונים ליחידת זמן, ולכן פיקסל עם תריס גלובלי רגיש פחות מפיקסל בגודל מקביל עם תריס מתגלגל. אותה סצנה דורשת חשיפה ארוכה יותר או הגבר (gain) גבוה יותר כדי להיקלט באותה בהירות, והמעגלים הנוספים מעלים מעט את רעש הקריאה מעבר לכך.

המס הנוסף הוא על תקציב החשיפה. בחיישן עם תריס מתגלגל החשיפה של כל שורה חופפת עם הקריאה של השורות השכנות, כך שכל שורה יכולה לאסוף אור כמעט לאורך כל פרק זמן הפריים. בתריס גלובלי הקריאה אינה יכולה להתחיל עד שכל שורה סיימה להיחשף, כך שבקצב פריימים נתון זמן החשיפה המרבי הוא פרק זמן הפריים פחות זמן הקריאה המלא. עבור אותו קצב פריימים, הפיקסל עם התריס המתגלגל מקבל בסופו של דבר יותר אור לכל פריים.

העלויות האלה מצטברות: חיישנים עם תריס גלובלי קטנים יותר במספר הפיקסלים, רועשים יותר, רגישים פחות, ויקרים יותר לכל פיקסל מאשר מקביליהם עם תריס מתגלגל. התמורה משתלמת רק כאשר יש ללכוד תנועה מהירה באופן נקי.

4.6.4. מתי להשתמש באיזה

סוג התריס הוא תכונת חומרה של החיישן, לא הגדרת תוכנה. הבחירה נעשית בעת תכנון המצלמה.

תריס מתגלגל מתאים כאשר:

• הסצנה נייחת או זזה לאט;

• היישום יכול לסבול מעט עיוות הטיה (רוב הצילום ורוב העבודה על ממשקי משתמש);

• עלות ורזולוציה לכל דולר הן בעדיפות.

תריס גלובלי הוא הבחירה הנכונה כאשר:

• הסצנה מכילה תנועה מהירה שיש ללכוד באופן נקי (רובוטיקה, רחפנים, בדיקת מסוע);

• המצלמה עצמה רוטטת או זזה ביחס לסצנה סטטית;

• התמונה מוזנת לאלגוריתם ראייה שמניח שכל פריים הוא רגע יחיד בזמן (רוב צינורות הערכת התנוחה והשחזור מתנועה).

הערה

סדרת ה-OpenMV Cam נוקטת כברירת מחדל בחיישנים עם תריס גלובלי לשימוש בראייה ממוחשבת, שבה טשטוש תנועה על נושא נע (או מצלמה נעה) שובר את הזיהוי והמעקב בהמשך הצינור. מודולי חיישן עם תריס מתגלגל מוצעים גם הם ליישומים שבהם איכות התמונה של סצנה איטית או סטטית חשובה יותר מהקפאת תנועה מהירה – לכידה בסגנון צילום קלאסי.