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1、sensor banding

1-1、現(xiàn)象描述

1-2、交流電變化規(guī)律

1-3、卷簾快門（Rolling shutter）

1-4、對不同filker現(xiàn)象的原因分析

1-5、小結(jié)

1-6、 led燈的banding現(xiàn)象

2、過曝、曝光不足

3、AE震蕩、亮度不一致、圖像清晰度差問題

4、曝光時間過長，導(dǎo)致的運動拖影問題

1、sensor banding

1-1、現(xiàn)象描述

Sensor banding現(xiàn)象（這種現(xiàn)象有時候也被成為Flicker現(xiàn)象）如視頻所示，畫面會出現(xiàn)頻閃，感覺有水波紋一樣的紋路在跳變；

具體來說可能會有如下表現(xiàn)（這些表現(xiàn)并不一定會同時出現(xiàn)）：

同一幀的不同行的亮度各不相同，存在亮暗變化的條紋，如上圖所示；

不同幀的相同行的亮度不相同，出現(xiàn)視頻中水波紋一樣的紋路跳變；

前后幀的整體亮度存在差異，畫面亮度出現(xiàn)明顯的亮暗變化；

1-2、交流電變化規(guī)律

我們都知道交流電其實是一種正弦波，其頻率有兩種：50HZ和60HZ， 中國、泰國、印度、大部分歐洲國家等地采用50HZ，美國、加拿大、墨西哥等地采用60HZ。 下面以50HZ為例進行解釋，交流電以1/50s，即20ms的周期進行變化，其變化規(guī)律如圖所示：

而對于能量來說，并沒有正負之分，因此能量的周期是1/100s，即10ms。

因此，普通的以交流電為電源的白熾燈的亮度實際上在一直在以10ms為周期隨著交流電變化而發(fā)生變化，只不過人眼感知不到畫面亮度的變化罷了。

1-3、卷簾快門（Rolling shutter）

常見圖像傳感器Sensor有卷簾快門和全局快門之分：

卷簾快門的特點是Sensor是一行一行進行感光的，并不是同時感光的，這就導(dǎo)致了不同行之間感光的時刻存在差異，

而感光的過程可以看成是對亮度進行積分，積分的大小直接決定了畫面亮度。

如果在感光過程外界燈光亮度發(fā)生了變化就可能導(dǎo)致不同行感應(yīng)到的亮度有差異，導(dǎo)致了banding現(xiàn)象，下面具體進行分析。

1-4、對不同filker現(xiàn)象的原因分析

對同一幀內(nèi)的不同行進行分析

1>、曝光時間為10ms時

如圖所示，假如第M行和第N行分別在 tm 和? tn 時刻開始曝光，曝光時間為都10ms，圖中陰影部分的面積就表示該行的亮度

我們知道第M行的積分面積與第N行的積分面積是相同的，因為積分時間剛好是周期的整數(shù)倍，此時不同行的亮度是相同的，不會產(chǎn)生banding現(xiàn)象。

2>、曝光時間為8ms時

如圖所示，假如第M行和第N行分別在 ?tm 和 tn ?時刻開始曝光，曝光時間為都8ms，圖中陰影部分的面積就表示該行的亮度

我們可以看出來第M行的積分面積（跨越波峰）大于第N行的積分面積（跨越波谷），

因此這兩行的亮度就會有差異，在當前幀中就會出現(xiàn)不同行亮度不同的水波紋現(xiàn)象。

我們可以看出來第M行的積分面積（跨越波峰）大于第N行的積分面積（跨越波谷），

因此這兩行的亮度就會有差異，在當前幀中就會出現(xiàn)不同行亮度不同的水波紋現(xiàn)象。

對不同幀的同一行進行分析

1>、假設(shè)，第M幀的第N行在 tm 時刻開始曝光， 第M+1幀的第N行會在tm+1時刻開始開始曝光，

如果此時的幀率為30FPS，每幀時間為為1/30s?，即33ms。我們可以知道：tm+1 = tm+33ms

曝光時間為10ms時

如圖所示，此時我們會發(fā)現(xiàn)，這兩行的亮度是一樣的，因此不同幀的亮度也是相同的，即畫面亮度不會出現(xiàn)閃爍跳變；

2>、曝光時間為8ms時

如圖所示，第M幀的第N行的積分面積要大于第M+1幀的第N行的積分面積（經(jīng)過谷底），此時不同幀的相同行亮度也會發(fā)生表現(xiàn)，

加上上面的分析，我們可以得知，在30FPS情況下，以8ms進行曝光時不僅會出現(xiàn)水波紋，而且水波紋還會滾動，出現(xiàn)上面視頻中的表現(xiàn)。

3>、但是，如果此時以25FPS的幀率進行分析，每幀為1/25s，即40ms時，情況會變得不一樣，此時：tm+1 = tm + 40ms

如圖所示，由于40ms為周期10ms的整數(shù)倍，因此這兩行的起始時刻相位是相同的，所以兩行的積分面積是相同的，因此此時不會出現(xiàn)畫面閃爍。

1-5、小結(jié)

這里可以給出結(jié)論：

當曝光時間為光源能量周期的整數(shù)倍時，不會出現(xiàn)banding現(xiàn)象；

當曝光時間不為光源能量周期的整數(shù)倍時，一定會出現(xiàn)不同行之間的亮度差異，即水波紋一樣現(xiàn)象；但是水波紋會不會上下滾動還要看幀率；

當每幀時間(1/fps)為光源能量周期的整數(shù)倍時，不同幀之間的相同行不會出現(xiàn)亮度變化，即哪怕有水波紋也不會滾動，；反之水波紋會上下滾動；

1-6、 led燈的banding現(xiàn)象

分析完了普通白熾燈這些直接隨交流電的頻率進行亮度變化的燈，還有一類特殊的燈的banding現(xiàn)象與白熾燈不同，那就是LED燈，

因為LED并不是是隨著交流電的頻率變化的而是自身控制的，LED燈的頻率并不固定，一般來說在90HZ~200HZ，不同的LED燈有不同的頻率，

如圖所示燈是90HZ（11.1ms），占空比為20%, 的LED亮暗示意圖，當電平為高時LED燈亮起，當電平為低時，LED燈熄滅，

因此這里我們也可以看到為什么LED會節(jié)能呢？因為它大部分時間都不亮。

注：一個頻率波形有信號與無信號的比值叫占空比 ；

那對于圖像傳感器來說，LED與普通白熾燈有什么區(qū)別呢？

白熾燈其實是一直亮著的，但是LED燈的大部分時間是滅的，因此采集圖像時有可能會采集到LED燈滅掉的時刻，

比如ADAS相機如果采集到的紅綠燈是滅的，那么ADAS算法也無法判斷當前應(yīng)該是停車還是直接走；

交流電的頻率是固定的，要么50HZ，要么60HZ；但是LED燈的頻率沒有具體標準，

比如頻率很低的警車上鳴笛的那個紅藍信號燈頻率可以低到5HZ，而高頻的LED燈可以達到200HZ，并沒有一個固定的頻率；

不過，分析方式是一樣的，每一行的亮度取決于在該行曝光時間內(nèi)的外界亮度的積分。這里以90HZ，占空比為20%的LED燈為例進行分析，

因為在車載領(lǐng)域，對LED banding有要求的也是大于90HZ的LED燈下無明顯的頻閃和水波紋。

2、過曝、曝光不足

調(diào)試過程：排除其他模塊對亮度的影響（比如gamma、ltm、對比度等）確認是否是曝光參數(shù)導(dǎo)致的畫面欠曝，過曝；

可 bypass 除ae外影響亮度的所有模塊后，再去調(diào)整AE相關(guān)的曝光參數(shù)，使畫面曝光正常；

3、AE震蕩、亮度不一致、圖像清晰度差

3-1、AE震蕩

現(xiàn)象：圖像亮度忽明忽暗

調(diào)試過程：查看當前實時曝光參數(shù)（曝光行、sensor again、isp gain）,確認具體是哪個參數(shù)一直在變化 ；

嘗試調(diào)整AE的相關(guān)控制參數(shù) （曝光量、閾值、容錯值、權(quán)重。。。），直到在該場景下，AE計算出的曝光參數(shù)值穩(wěn)定為止；

若是isp gain導(dǎo)致，可以適當調(diào)整isp gain的值，或者當亮度滿足要求時，直接不用isp gain也可；

3-2、同場景下圖像亮度不一致問題

現(xiàn)象：當前環(huán)境亮度不變，假設(shè)為600lux，當將環(huán)境亮度從2lux調(diào)整到600lux 和從1000lux 調(diào)整到600lux兩次對比，camera畫面亮度不一致；

調(diào)試過程：比較兩次的600lux場景下，計算出的曝光參數(shù)是否一致，若一致那就不是AE的問題；

可能和AE精度相關(guān)，可調(diào)小AE的容差值看看，但可能會帶來AE震蕩，根據(jù)實際需求去做調(diào)整；

3-3、圖像清晰度差問題

現(xiàn)象：基于上面3-2的場景下，圖像的清晰度有差異；

調(diào)試過程：確認兩次的實時曝光參數(shù)值，一般是不在同一檔的增益下了，下一檔的去噪?yún)?shù)開的較大，清晰度就差了；

或者是兩檔增益的去噪?yún)?shù)值調(diào)的差距較大，不夠線性 ；

4、曝光時間過長，導(dǎo)致的運動拖影問題

運動物體整個運行過程都是在cmos上成像的，所以當曝光時間長時，拍出的照片就有拖影，

只有當曝光時間足夠快，物體相對于相機就是相對靜止的，也就看不到有拖影了；

編輯：黃飛

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