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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(shí)間過長,導(dǎo)致的運(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行解釋,交流電以1/50s,即20ms的周期進(jìn)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(fù)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(shí)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(diǎn)是Sensor是一行一行進(jìn)行感光的,并不是同時(shí)感光的,這就導(dǎo)致了不同行之間感光的時(shí)刻存在差異,
而感光的過程可以看成是對亮度進(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析
1>、曝光時(shí)間為10ms時(shí)
如圖所示,假如第M行和第N行分別在 tm 和? tn 時(shí)刻開始曝光,曝光時(shí)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?yàn)榉e分時(shí)間剛好是周期的整數(shù)倍,此時(shí)不同行的亮度是相同的,不會產(chǎn)生banding現(xiàn)象。
2>、曝光時(shí)間為8ms時(shí)
如圖所示,假如第M行和第N行分別在 ?tm 和 tn ?時(shí)刻開始曝光,曝光時(shí)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(dāng)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(dāng)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(jìn)行分析
1>、假設(shè),第M幀的第N行在 tm 時(shí)刻開始曝光, 第M+1幀的第N行會在tm+1時(shí)刻開始開始曝光,
如果此時(shí)的幀率為30FPS,每幀時(shí)間為為1/30s?,即33ms。我們可以知道:tm+1 = tm+33ms
曝光時(shí)間為10ms時(shí)
如圖所示,此時(shí)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(shí)間為8ms時(shí)
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(shí)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(jìn)行曝光時(shí)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(shí)以25FPS的幀率進(jìn)行分析,每幀為1/25s,即40ms時(shí),情況會變得不一樣,此時(shí):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(shí)刻相位是相同的,所以兩行的積分面積是相同的,因此此時(shí)不會出現(xiàn)畫面閃爍。
1-5、小結(jié)
這里可以給出結(jié)論:
當(dāng)曝光時(shí)間為光源能量周期的整數(shù)倍時(shí),不會出現(xiàn)banding現(xiàn)象;
當(dāng)曝光時(shí)間不為光源能量周期的整數(shù)倍時(shí),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(dāng)每幀時(shí)間(1/fps)為光源能量周期的整數(shù)倍時(shí),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(jìn)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?yàn)長ED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(dāng)電平為高時(shí)LED燈亮起,當(dāng)電平為低時(shí),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?yàn)樗蟛糠謺r(shí)間都不亮。
注:一個(gè)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(shí)是一直亮著的,但是LED燈的大部分時(shí)間是滅的,因此采集圖像時(shí)有可能會采集到LED燈滅掉的時(shí)刻,
比如ADAS相機(jī)如果采集到的紅綠燈是滅的,那么ADAS算法也無法判斷當(dāng)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(biāo)準(zhǔn),
比如頻率很低的警車上鳴笛的那個(gè)紅藍(lán)信號燈頻率可以低到5HZ,而高頻的LED燈可以達(dá)到200HZ,并沒有一個(gè)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(shí)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(jìn)行分析,
因?yàn)樵谲囕d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(rèn)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(dāng)前實(shí)時(shí)曝光參數(shù)(曝光行、sensor again、isp gain),確認(rèn)具體是哪個(gè)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(cuò)值、權(quán)重。。。),直到在該場景下,AE計(jì)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(dāng)調(diào)整isp gain的值,或者當(dāng)亮度滿足要求時(shí),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(dāng)前環(huán)境亮度不變,假設(shè)為600lux,當(dāng)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(jì)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(shí)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(rèn)兩次的實(shí)時(shí)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(shí)間過長,導(dǎo)致的運(yùn)動拖影問題
運(yùn)動物體整個(gè)運(yùn)行過程都是在cmos上成像的,所以當(dāng)曝光時(shí)間長時(shí),拍出的照片就有拖影,
只有當(dāng)曝光時(shí)間足夠快,物體相對于相機(jī)就是相對靜止的,也就看不到有拖影了;
編輯:黃飛
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