【シャッターの基本】ローリングシャッターとグローバールシャッターの違い

産業用カメラでは狙った像を撮影するために、露光時間を厳密に制御する必要があります。
カメラで露光時間を調節する場合、シャッターが重要です。そのため産業用カメラの選定において、シャッターは一つの選定基準となります。

今回はシャッターの役割や、ローリングシャッターとグローバルシャッターの違いについて解説します。

シャッターとは

シャッター（shutter）は、カメラで撮影する際、感光剤（フィルム）や撮像素子（イメージセンサー）への露光時間を制御する開閉装置です。

シャッターの役割

シャッターは「露光時間を調節する役割」を担っています。

「露光時間を調節する」ということは、センサーに当たる光の量を調節するということです。
カメラは「シャッター」によって、光を遮っています。いわば、人間でいうところの瞼（まぶた）です。

シャッターが開いている間は「センサーが受光している」ということ。
つまりシャッターの開閉によって露光時間（センサーに光が当たっている時間）を調節することができます。

もしもシャッターがない場合、センサーは光を受け取り続けるため、永遠に像を生成し続けます。
シャッターによって、光が遮られるからこそ「狙った瞬間」の像を撮影できるのです。

画像のキャプチャ方法

シャッターはその位置や制御方式によって様々に分類されますが（*）、デジタルカメラの制御方式には、次の2種類があります。
* Wikipedia「シャッター (カメラ)」参考

• グローバルシャッター
• ローリングシャッター

まずは双方の違いを明確にしましょう。
双方の大きな違いは「一度にスキャンするか」「徐々にスキャンするか」にあります。

撮影された画像を基準に考えるとわかりやすいのですが、グローバルシャッター（Global shutter）は、画像全体をスキャンします。

「スキャン」と言うとわかりにくいかもしれません。
要は人の視界のように「一定範囲の光を一度に取り込む」ようにシャッターを制御する方式（＝グローバルシャッター）を指します。

一方ローリングシャッターは、一定範囲の光を一度に取り込むのではなく、順に取り込んでいきます。

ローリングシャッターについては馴染みのない方も多いと思いますので、次の項目で詳細に見ていきましょう。

ローリングシャッターとは

フローリングシャッター（Rolling shutter）は、垂直方向（もしくは水平方向）にフレーム全体をスキャンするキャプチャ方法であり、シャッターの制御方式です。

このように垂直方向に撮影した画像をワンフレームに収めているため、フレーム内の画像には時間差があるという点がローリングシャッターの特徴です。

撮影画像の「歪み」

ローリングシャッター特性上、ワンフレームで時間的なずれがあります。
そのため動く対象を撮影する場合は、撮影画像に特徴的な歪みが生じます。

こちらは回転するプロペラを撮影した場合の想定アニメーションです。

Wikipedia「Rolling shutter」を参考に作成

回転する対象の場合は、このように撮影時間のずれによって、複雑な画像になります。
「回転」だけでなく「横方向の移動」の場合も歪みは生じます。

例えば車や自転車、電車等、水平方向に移動する対象を撮影した場合は、スキャニングが始まった地点から、撮影終了までに移動しているため、スキュー歪みが発生します。

撮影開始から終了までで車は、AからBまで移動しています。
車の位置の変化に合わせて、画像のように車が歪みます。

コストバランスの良いローリングシャッター

動く対象を撮影する際は、特徴的な歪みを引き起こしますが、現在普及しているCOMSセンサーのデジタルカメラではローリングシャッターが採用されています。

一つは歪みの修正に関して活発な研究が行われており、対象物、環境への適合が進んだためです。適切に使用することでこうした問題は回避できます。

もう一つは「コストバランスの良さ」が挙げられます。
ローリングシャッターは、シャッター部が回転する単純な構造になっており、比較的安価に製造できます。
高度な機構を有しないため生産時のコスト抑制につながります。

製品紹介

最小「Φ1.8mm×12mm」の超小型サイズの「XSシリーズ」から、フルHD画質の「Lシリーズ」まで様々なニーズに対応できます。

それぞれの製品ごとに強みがございます。
詳細はシリーズページにてご確認ください。

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用語集

ゲイン（Gain） 露光/露出（Exposure） 明るさ（Brightness）