ローリングシャッターアーティファクトとモーションブラーという用語については、非常に多くの混乱が生じており、多くの人が誤ってそれらを同じ意味として使用しています。どちらも動く被写体の撮影中に発生しますが、モーションブラーはカメラのローリングシャッター機構によって発生するものではありません。もう一つの誤解は、グローバルシャッターカメラはローリングシャッターアーティファクトとモーションブラーの両方を排除できるということですが、これは真実ではありません。
このブログでは、これらの概念のいくつかをわかりやすく説明します。2つの現象の主な違いを学び、グローバルシャッターカメラを使用するだけではモーションブラーをなくすのに十分ではない理由を理解しましょう。
ローリングシャッターアーティファクトを理解する
ローリングシャッターアーティファクトとモーションブラーの違いを見る前に、それぞれの意味を理解することが重要です。まず、ローリングシャッターアーティファクトから始めましょう。
名前が示すように、ローリングシャッターアーティファクトは、フレーム内のすべての行が統合フェーズ中に異なる時間に露出されるローリングシャッターメカニズム によって引き起こされます。ここでは、連続する行の露出が順番に開始されます。この動作により、移動する被写体を撮影するときに出力画像に変形が生じます。
例えば、ローリングシャッター機構がどのように機能するかを理解するために、下の画像を見てください。
このメカニズムにより出力画像に歪みが生じるため、ローリングシャッターカメラを使用して撮影したとき、走行中の車の画像は次のようになります。
ローリングシャッターアーティファクトを克服するための最善の解決策は、フレーム内のすべての行が同時に露光されるグローバルシャッターメカニズムを備えたカメラを使用することです。すべての行の開始時間と終了時の露出時間が同じであるため、ローリングシャッターアーティファクトが発生する可能性はありません。
以下の画像は、グローバルシャッターメカニズムがどのように機能するかをよく表しています。
同じ走行中の車の画像をグローバルシャッターカメラを使用して撮影すると、次のようになります。
ご覧のとおり、画像は歪みなくそのまま撮影されています。
ローリングシャッターカメラとグローバルシャッターカメラの主な違いと、アプリケーションに適したカメラの選択方法の詳細については、「グローバルシャッターとローリングシャッターとは」の記事 をご覧ください。用途に合ったものはどう選べば良いのでしょうか？
モーションブラー
それでは、動く被写体を撮影しているときにモーションブラーがどのように発生するかを理解しましょう。モーションブラーは、露光時間内に被写体が高速で移動し、露光開始時と終了時で被写体の位置が異なる場合に、出力画像に生じるブレのことです。露出時間が長いほど、モーションブラーが発生する可能性が高くなります。ターゲットオブジェクトの速度の増加するとモーションブラーも増加します。
モーションブラーをなくす解決策は、露出時間を短縮すること、つまりシャッタースピードを上げることです。これにより、フレーム全体が短時間だけ露出され、1回の撮影中にモーションブラーが発生するほど被写体の位置が大きく変化することがなくなります。シャッタースピードを決定する際には、ターゲットの移動速度やカメラと被写体の間の距離などのパラメーターを考慮する必要があります。
次の画像は、出力画像に対するモーションブラーの効果を示しています
同時に、同じ移動する物体を低露光時間または高シャッタースピードのカメラを使用して撮影した場合、出力画像は次のようになります。
図6:高速シャッタースピードで撮影した移動体
高速シャッターの欠点の1つは、照明条件が良好でない場合、フレームが露出不足になる可能性があることです。したがって、カメラのシャッタースピードを決定する際には、照明条件も考慮することが重要です。
ローリングシャッターアーティファクトとモーションブラー – それらの違い
両方の現象の基本を理解したので、2つの違いを見てみましょう。
モーションブラーは露出時間の長さに純粋に依存するため、これはグローバルシャッターカメラと ローリングシャッターカメラの両方で発生する可能性があります。グローバルシャッター機構を使用すると、ローリングシャッターアーティファクトが完全に排除されますが、モーションブラーが発生する可能性があります。一方、ローリングシャッターカメラでは、ローリングシャッターアーティファクトとモーションブラーの両方が発生する可能性があります。以下の画像は、これまでに説明したさまざまな効果を示しています。
図7c:ローリングシャッターアーティファクトがあるがモーションブラーのないローリングシャッターカメラからの画像出力
動いている被写体を撮影する場合、これまで説明したコンセプトは、動いているカメラで静止したターゲットを撮影する場合にも適用されることに注意してください。
このブログで、ローリングシャッターアーティファクトとモーションブラーの違いと、その修正方法について、有益な考察ができたとすれば嬉しいです。
このトピックについてさらに質問がある場合は、camerasolutions@e-consystems.comまで ご連絡ください。
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Prabu Kumarは、e-con Systemsの最高技術責任者兼カメラ製品責任者であり、組み込みビジョン分野で15年以上の豊富な経験があります。彼は、USBカメラ、組み込みビジョンカメラ、ビジョンアルゴリズム、FPGAに関する深い知識をも有しています。医療、工業、農業、小売、生体認証などのさまざまなドメインにまたがる50以上のカメラソリューションを構築してきました。また、デバイスドライバー開発とBSP開発の専門家でもあります。現在は、新時代のAIベースのアプリケーションを強化するスマートカメラソリューションの構築に全力を注いでいます。