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编程问答

CMOS图像传感器——闪烁（flicker）现象

發(fā)布時(shí)間：2023/12/10 编程问答 133 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 CMOS图像传感器——闪烁（flicker）现象小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

一、概述?

????????閃爍（Flicker），通常發(fā)生在室內(nèi)場(chǎng)景，曝光時(shí)間設(shè)置如果不是光源能量周期的整數(shù)倍，則圖像不同位置處積累的信號(hào)強(qiáng)度不同，并呈周期性變化，這是單幀圖像的情況。在視頻序列上，如果滿足一定條件，視頻會(huì)出現(xiàn)條紋模式在垂直方向上緩慢移動(dòng)。

二、形成原因

1、光源

????????雖然現(xiàn)在大多數(shù)熒光燈都配備了逆變器，但是老款的熒光燈每秒會(huì)閃爍100或120次。而越來(lái)越常用的LED光源和指示牌的閃爍速度更快，高達(dá)每秒數(shù)百或數(shù)千次。這種由閃爍所導(dǎo)致的亮度變化可能會(huì)對(duì)影像造成不良影響。

2、CIS工作方式

? ? ? ? 閃爍的形成原因與CMOS sensor 滾動(dòng)曝光（rolling shutter）的工作原理相關(guān)，并且受交流電的頻率影響。CMOS圖像傳感器——工作原理_滄海一升的博客-CSDN博客_cmos圖像傳感器工作原理CMOS圖像傳感器的曝光與讀出https://blog.csdn.net/qq_21842097/article/details/117668852

????????對(duì)于同樣的積分時(shí)間t，sensor不同位置處的像點(diǎn)開(kāi)始積分時(shí)所處電信號(hào)的相位不同，所以同樣時(shí)間t 內(nèi)能夠積累的光子數(shù)也不同。

flicker 的本質(zhì)是像素曝光起始點(diǎn)相對(duì)交流電的相位關(guān)系在不斷變化。這個(gè)問(wèn)題不僅存在于一幀圖像內(nèi)部，在幀與幀之間也存在同樣的問(wèn)題。

三、工業(yè)、交通場(chǎng)景下的問(wèn)題

????????智能交通領(lǐng)域常會(huì)遇到拍攝交通信號(hào)燈的需求。大部分信號(hào)燈直接使用220V市電供電，因此會(huì)存在10ms的光能量周期（美國(guó)是110V，周期8.3ms）。偶爾也會(huì)有信號(hào)燈廠家偷工減料，使用半波整流器件將電頻率的負(fù)半周過(guò)濾不用，這就導(dǎo)致信號(hào)燈每亮10ms之后就會(huì)熄滅10ms。雖然人眼看不出來(lái)，但sensor看的非常清楚。

????????由于信號(hào)燈存在10ms的明暗周期，當(dāng)sensor曝光時(shí)間很短時(shí)，就會(huì)遇到某一幀圖像里信號(hào)燈碰巧全都不亮的尷尬場(chǎng)景，如下圖所示。

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????????一般在晴朗的夏天，sensor曝光時(shí)間可能會(huì)需要短于1ms才能保證畫(huà)面不過(guò)曝，此時(shí)遇到信號(hào)燈近似熄滅的概率已接近50%。而在夜晚則曝光時(shí)間通常需要大于10ms，所以不會(huì)遇到信號(hào)熄滅的問(wèn)題，相反會(huì)遇到信號(hào)燈光太強(qiáng)以致sensor過(guò)飽和，全部信號(hào)變成白燈的問(wèn)題。

????????除了紅綠燈之外，很多汽車上使用的LED大燈或者信號(hào)燈也是有頻率的，而且平均點(diǎn)亮的時(shí)間（占空比，duty cycle）可能更短，如下圖所示，這種情況sensor抓拍到LED（信號(hào)）燈熄滅的概率會(huì)更大。

四、解決方案

1、合理設(shè)置曝光時(shí)間

? ? ? ? 前面已經(jīng)到flicker現(xiàn)象的形成原因，所以我們可以將曝光時(shí)間設(shè)置為光源能量周期的整數(shù)倍。

????????以電頻率50Hz為例，如果sensor 工作在25或50fps（frame per second），則幀頻率剛好與電頻率同步，每幀圖像的flicker 表現(xiàn)（明暗位置）與上一幀完全相同，所以明暗條紋在視頻上是靜止不動(dòng)的。如果sensor工作在30或60fps，則每幀的flicker與上一幀會(huì)產(chǎn)生固定的相移，視頻上的明暗條紋圖樣會(huì)在畫(huà)面垂直方向上緩慢移動(dòng)。

????????在室內(nèi)，為了避免工頻閃爍，曝光時(shí)間應(yīng)設(shè)置為光源能量周期的整數(shù)倍。在中國(guó)，光源能量周期為10ms(交流電周期的1/2)，在美國(guó)則為8.3ms，調(diào)整曝光時(shí)間時(shí)要特別注意這一點(diǎn)。

2、斬波（chopped）曝光

? ? ? ? ，針對(duì)工業(yè)、交通等場(chǎng)景下的flicker問(wèn)題，有人提出了斬波曝光的工作模式，其原理是把正常曝光所需的曝光時(shí)間（比如1ms）分散到11ms的固定時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行，通過(guò)多次短暫曝光的效果累加實(shí)現(xiàn)1ms等效曝光時(shí)間，且能保證采樣到信號(hào)燈最亮的時(shí)刻，如下圖所示。