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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(duì)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(zhǎng)，導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)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(huì)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(huì)有如下表現(xiàn)（這些表現(xiàn)并不一定會(huì)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(guó)、泰國(guó)、印度、大部分歐洲國(guó)家等地采用50HZ，美國(guó)、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(duì)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(duì)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(duì)不同filker現(xiàn)象的原因分析

對(duì)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(huì)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(huì)有差異，在當(dāng)前幀中就會(huì)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(huì)有差異，在當(dāng)前幀中就會(huì)出現(xiàn)不同行亮度不同的水波紋現(xiàn)象。

對(duì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)出現(xiàn)水波紋，而且水波紋還會(huì)滾動(dòng)，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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)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(huì)不會(huì)上下滾動(dòng)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(huì)出現(xiàn)亮度變化，即哪怕有水波紋也不會(huì)滾動(dòng)，；反之水波紋會(huì)上下滾動(dòng)；

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(zhǎng)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(huì)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(hào)與無信號(hào)的比值叫占空比 ；

那對(duì)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(huì)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(hào)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(duì)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(duì)亮度的影響（比如gamma、ltm、對(duì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)比，camera畫面亮度不一致；

調(diào)試過程：比較兩次的600lux場(chǎng)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(huì)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(chǎng)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(zhǎng)，導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)拖影問題

運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(duì)于相機(jī)就是相對(duì)靜止的，也就看不到有拖影了；

編輯：黃飛

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