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圖像處理
新聞詳情

幀率和曝光時間的關系

發布時間:2019-09-12 10:56:49 最后更新:2020-11-23 14:49:59 瀏覽次數:11103

Exposure and Sensor Readout

相機上的圖像采集過程包括兩個截然不同的部分。第一部分是曝光。曝光完成后,進行第二部分Readout過程即從傳感器的寄存器中讀出數據并傳送出去(Readout過程)。

關于圖像采集過程中,相機操作有兩種常見的方法:“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光。在非重疊(“non-overlapped”)模式中,每個圖像采集的周期中,相機在下一個圖像采集開始前,均要完成曝光/讀出整個過程。如Fig.1所示。

雖然非重疊(“non-overlapped”)的模式,可適合于許多情況下,但它并不是最有效的方式。為了提高相機的幀率,允許在下一幀圖像開始曝光時候,將前一幀獲得的圖像數據讀出并傳送出去。相機“重疊”(“overlapped”)曝光的方式見Fig.2所示。

從Fig.2中我們可以看到,相機讀出數據和下一幀曝光開始出現重疊的情況,在同一個時刻內,相機執行兩個操作,導致在同樣的單位時間內,在“overlapped”曝光模式下,可以采集到更多的圖片,即相機的幀率更高。

從上邊兩個圖中,我們可以知道在“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光模式底下,一幀圖像的周期存在著這樣的關系:

 overlapped”的曝光模式下: FramePeriod ≤ Exposure Time + ReadoutTime

? “non-overlapped”的曝光模式下:FramePeriod > Exposure Time + Readout Time

以STC-A202A為例:

從Spec中可知,其Pixel Frequency為:36.8181MHz,所以1Clock的時間為1/36.8181Mhz =27.3836ns,接下來我們看相機的Timing chart,首先先看HorizontalTiming,見圖2所示:

從圖2中,我們從中可讀到的信息為,1 CLK=27.1605 nseconds,和我們從spec上得到的Pixel Frequency算出來的時間差不多。掃描1Horizontal需要1920CLK,即1H =27.1605*1920 =52148.16ns=52.14816us

接下來看相機Vertical Timing 見圖3所示:

從圖3中,我們可讀出的信息為,1H=52.1482useconds,和我們通過圖2計算出來horizontal Scanning的時間一致,而在一幀圖像中,需要掃描1252H,其中Effective Pixels為1220H,即1幀圖像中,Effective Pixels Read out的時間為1220*52.1482 =63620.804us =63.620804ms,一個VD信號,所用的時間為:1252*52.1482=67793.5464us =67.7935464ms。按照我們前邊的理論,一個cycletime內,一幀圖像的時間為:Frame Period = Exposure Time +Readout Time

而我們知道STC-A202A的幀率為:15fps,即1 Frame Period =1/15 =66.7ms。

所以在“non-overlapped” exposure 模式下,ExposureTime = Frame Period – Readout Time =66.7ms -63.6ms =3.1ms,在此模式下,若是超過3.1ms的曝光時間,其幀率就會比標準幀率15fps低。

         假如1顆相機Readout Time為:66.7ms,即數據傳輸時間為A,A=66.7ms,曝光時間為B,B=5ms,則一幀圖像的時間為C,則C=A+B=66.7ms + 5ms =71.7ms,則這顆相機的幀率為:1000/71.7 =13.94FPS,則這顆相機的幀率為13.94.

注意:一般情況下,若我們的相機的幀率為15fps,則表示相機ReadOut數據的時間為1000ms/15 =66.7ms

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