| 1. 基本概念介紹
1.1. Rolling Shutter(卷簾曝光)
當(dāng)今市面上主流的中高端sCMOS相機(jī)均采用卷簾曝光(Rolling Shutter)讀出模式。此讀出模式與外觸發(fā)和同步功能聯(lián)系緊密,所以我們首先介紹Rolling Shutter讀出模式的基本情況。
簡單的說,sCMOS面陣相機(jī)有許多行像素:相機(jī)拍照時,每行像素的曝光時間是一致的,但相鄰兩行之間的曝光開始時間會有相對的延遲。以濱松FusionBT sCMOS相機(jī)的高速模式為例,如果設(shè)置曝光時間為10 ms,那么第k行和第k+1行像素的曝光時間都是10 ms;但第k+1行像素會比第k行像素晚4.87 us開始曝光;所以,第k行像素的曝光時間范圍是從0.00000 ms-10.00000 ms;而第k+1行像素的曝光時間范圍是從0.00487 ms-10.00487 ms。
這種模式就稱為Rolling Shutter讀出模式。
1.2. 相機(jī)外觸發(fā)功能相關(guān)的電平信號
實(shí)際使用中,為了讓相機(jī)的拍照行為和其他硬件(如電動平臺)進(jìn)行同步,除了通過軟件命令,還可以通過電平信號(如TTL電平信號,LVCMOS電平信號等)在不同硬件之間進(jìn)行溝通。相機(jī)既可以接收電平信號,也可以輸出電平信號。
粗略的說,電平信號有兩個狀態(tài)——高電平和低電平(如下圖);通過高低電平變換所傳遞的信息,相機(jī)就可以與其他硬件進(jìn)行溝通。其中有些參數(shù)簡介如下:
電平信號高低電平的電壓差。不同相機(jī)的要求不完全相同,需要參考Instruction Manual;對于濱松sCMOS相機(jī),一般為3.3 V。
相機(jī)等硬件一般會用到以下幾類信號:(1)上升沿和下降沿,指的是高低電平變換時的電壓突變;(2)電平的持續(xù)時間。在External Level Trigger等模式中會用得到(參考1.4節(jié)的介紹)。
1.3. External trigger mode & Trigger Output
在相機(jī)和其他硬件的同步中:相機(jī)既可以對接收到的電平信號進(jìn)行各種響應(yīng);也可以輸出各種電平信號給其他硬件。
濱松sCMOS相機(jī)均有一個端口用于接收電平信號(如下圖的EXT.TRIG.端口)。相機(jī)可以設(shè)置多種模式(External Trigger Mode),不同模式對同樣一個電平信號的響應(yīng)并不一樣。詳細(xì)請參考”External Trigger Mode的幾個基本模式“。
濱松sCMOS相機(jī)一般有1-3個端口(如下圖的TIMING端口)用于輸出電平信號,我們可以為每一個輸出端口設(shè)置獨(dú)立的輸出信號。具體可以設(shè)置的類型和參數(shù)請參考”Trigger Output的幾個基本類型和參數(shù)“。
1.4. External trigger mode的幾個基本模式
與External Trigger Mode相對的概念是Internal Mode。在Internal Mode中,相機(jī)只聽軟件的命令,軟件說拍照,相機(jī)就開始拍照;而在External Trigger Mode中,相機(jī)先需要軟件下達(dá)命令,進(jìn)入”預(yù)備狀態(tài)“;然后等到電平信號通過EXT.TRIG.端口輸入時,相機(jī)再根據(jù)設(shè)置的External Trigger Mode進(jìn)行對應(yīng)的拍照。打個比方,External Trigger Mode模式下的相機(jī)拍照,就像時田徑比賽的起跑——軟件下命令可以比作裁判的”預(yù)備“口號;電平信號的輸入則是”跑!“或者發(fā)令槍響。
濱松sCMOS相機(jī)的External Trigger Mode主要有如下幾個基本類型(并非全部,具體型號的情況請參考對應(yīng)的Instruction Manual)。
1.4.1. Start Trigger Mode.相機(jī)接收到電平信號的上升沿(或下降沿,取決于設(shè)置)之后,按照預(yù)設(shè)的曝光時間和拍照幀數(shù)進(jìn)行連續(xù)拍攝。
1.4.2. External Edge Trigger Mode.相機(jī)每接收到1個電平信號的上升沿(或下降沿,取決于設(shè)置),就按照預(yù)設(shè)的曝光時間拍攝1張圖片。
1.4.3. External Level Trigger Mode.相機(jī)每接收到1個電平信號,就拍攝1張圖片;曝光時間取決于電平信號的寬度。相機(jī)接收到電平信號的上升沿(或下降沿,取決于設(shè)置)時開始曝光;接收到同一個信號的下降沿(或上升沿,取決于設(shè)置)時,結(jié)束本張圖片的曝光。
1.4.4. Synchronous Readout Trigger Mode.相機(jī)接收到第1個信號的上升沿(或下降沿,取決于設(shè)置)時,第1張圖像開始曝光;接收到第2個信號的上升沿(或下降沿,取決于設(shè)置)時,第1張圖像停止曝光,同時第2張圖像開始曝光。以此類推。
1.5. Trigger Output的幾個基本類型和參數(shù)
1.5.1. Global Exposure Timing Output.對于同一幀圖片,當(dāng)所有像素都在曝光時,端口輸出高電平(或低電平,取決于設(shè)置)。
1.5.2. Trigger Ready output.當(dāng)相機(jī)可以對EXT.TRIG.端口能夠接收到的信號做響應(yīng)時,端口輸出高電平(或低電平,取決于設(shè)置)。舉個案例,對于External Edge Trigger Mode,第1個信號來的時候,相機(jī)會按照設(shè)置的曝光時間——比如10 ms——進(jìn)行曝光;但如果第2個信號在第1個信號之后5 ms到來,相機(jī)由于第1張圖像沒有曝光結(jié)束,所以實(shí)際上不會對第2個信號做任何響應(yīng);對應(yīng)狀況下,我們可以考慮讓相機(jī)輸出Trigger Ready Output信號給其他硬件做參考,當(dāng)且僅當(dāng)相機(jī)輸出Trigger Ready Output信號的時候,相機(jī)才能夠響應(yīng)下一個電平信號。
1.5.3. Programmable Timing Output.以每張圖像曝光過程中的一些特定時間點(diǎn)作為參考點(diǎn),從端口輸出電平信號,可以設(shè)置電平寬度(width)和相對參考點(diǎn)的滯后時間(delay)。不同相機(jī)、不同拍照模式可用的參考點(diǎn)可能會有所區(qū)別,具體參考對應(yīng)型號的Instruction Manual。下圖為一款特定型號的說明示意圖,供理解。
1.5.4. High output 和 Low output.電平信號有高電平和低電平兩個狀態(tài),當(dāng)端口設(shè)置為High Output或者Low Output時,端口會持續(xù)輸出高電平或者低電平。
| 2. HCimage Live中的設(shè)置和使用
Hcimage Live是濱松相機(jī)的免費(fèi)軟件,擁有齊全的相機(jī)控制功能。下圖所示為HCimage Live中External Trigger Mode和Trigger Output相關(guān)設(shè)置的位置。更多解釋請參考文件《濱松Flash 4.0系列相機(jī)的Trigger和同步功能在HCimage Live中的設(shè)置》;
此文件為針對Flash 4.0系列sCMOS相機(jī)制作,但其他濱松sCMOS相機(jī)的相關(guān)模式基本一致,詳細(xì)細(xì)節(jié)信息可參考Instruction Manual。
以濱松Flash 4.0 sCMOS相機(jī)為例,著重介紹在HCimage Live軟件中與外觸發(fā)和同步相關(guān)的各項(xiàng)設(shè)置,重點(diǎn)在于展示軟件中的參數(shù)設(shè)置都在哪里;部分設(shè)置的含義在本文檔中會直接說明,但對于技術(shù)細(xì)節(jié)或者比較復(fù)雜的概念,文檔將會提示相關(guān)內(nèi)容在Instruction Manual中的哪些條目下面有。
| 3. 外觸發(fā)和同步功能的軟件二次開發(fā)簡介
關(guān)于濱松sCMOS相機(jī)的軟件二次開發(fā)介紹和資源下載,請參考:《基于DCAMAPI的濱松探測器軟件二次開發(fā)》。
對于External Trigger Mode以及Trigger Output的設(shè)置方法,請參考下面的Demo Code。
濱松sCMOS相機(jī)外觸發(fā)模式設(shè)置及外觸發(fā)輸出端口設(shè)置的演示代碼
C/C++代碼。
審核編輯:湯梓紅
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