Exposure and Sensor Readout

相(xiang)機上的(de)圖像采集過程(cheng)包括兩個截然不同的(de)部(bu)(bu)分(fen)(fen)。第一(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)是(shi)曝(pu)光。曝(pu)光完成后，進行(xing)第二(er)部(bu)(bu)分(fen)(fen)Readout過程(cheng)即從傳感器的(de)寄存器中讀出數(shu)據并傳送(song)出去（Readout過程(cheng)）。

關于圖像采集過程中，相機操作有兩種常見的方法：“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光。在非重疊(“non-overlapped”)模式中(zhong)，每個(ge)圖像采集的(de)周期中(zhong)，相機在下一(yi)個(ge)圖像采集開始(shi)前(qian)，均要完成(cheng)曝光/讀出整個(ge)過(guo)程。如Fig.1所示。

雖然非重疊(“non-overlapped”)的模式，可適合于許多情況下，但它并不是最有效的方式。為了提高相機的幀率，允許在下一幀圖像開始曝光時候，將前一幀獲得的圖像數據讀出并傳送出去。相機“重疊”(“overlapped”)曝光的(de)方(fang)式見(jian)Fig.2所示(shi)。

從Fig.2中我們可以看到，相機讀出數據和下一幀曝光開始出現重疊的情況，在同一個時刻內，相機執行兩個操作，導致在同樣的單位時間內，在“overlapped”曝光模式下，可以采集到更多(duo)的(de)(de)圖片，即相(xiang)機的(de)(de)幀率(lv)更高。

從上邊兩個圖中，我們可以知道在“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的(de)(de)曝光模(mo)式底(di)下，一幀(zhen)圖像的(de)(de)周期(qi)存(cun)在著這樣的(de)(de)關系:

 overlapped”的曝光模式下: FramePeriod ≤ Exposure Time + ReadoutTime

? “non-overlapped”的曝光模式下:FramePeriod > Exposure Time + Readout Time

以STC-A202A為(wei)例(li)：

從Spec中可知，其Pixel Frequency為：36.8181MHz,所以1Clock的時間為1/36.8181Mhz =27.3836ns,接(jie)下來(lai)我們(men)看相機的Timing chart，首先先看HorizontalTiming，見(jian)圖2所示(shi)：

從圖2中，我們(men)從中可(ke)讀到的信息為，1 CLK=27.1605 nseconds，和(he)我們(men)從spec上得到的Pixel Frequency算出來的時間差不多。掃描1Horizontal需要1920CLK，即1H =27.1605*1920 =52148.16ns=52.14816us

接(jie)下來(lai)看相機(ji)Vertical Timing 見(jian)圖3所示：

從圖3中，我們可讀出的信息為，1H=52.1482useconds，和我們通過圖2計算出來horizontal Scanning的時間一致，而在一幀圖像中，需要掃描1252H，其中Effective Pixels為1220H，即1幀圖像中，Effective Pixels Read out的時間為1220*52.1482 =63620.804us =63.620804ms，一個VD信號，所用的時間為：1252*52.1482=67793.5464us =67.7935464ms。按照我們前邊的理論，一個cycletime內，一幀圖像的時間為：Frame Period = Exposure Time +Readout Time

而(er)我(wo)們知道(dao)STC-A202A的(de)幀(zhen)率為：15fps，即(ji)1 Frame Period =1/15 =66.7ms。

所以在“non-overlapped” exposure 模式(shi)下，ExposureTime = Frame Period – Readout Time =66.7ms -63.6ms =3.1ms，在此模式(shi)下，若(ruo)是超過3.1ms的曝光時間，其幀率(lv)(lv)就(jiu)會(hui)比標準幀率(lv)(lv)15fps低。

         假如1顆相機(ji)(ji)Readout Time為：66.7ms，即(ji)數據傳(chuan)輸時間(jian)為A，A=66.7ms，曝光時間(jian)為B，B=5ms，則一(yi)幀(zhen)圖像的時間(jian)為C，則C=A+B=66.7ms + 5ms =71.7ms，則這顆相機(ji)(ji)的幀(zhen)率(lv)為：1000/71.7 =13.94FPS，則這顆相機(ji)(ji)的幀(zhen)率(lv)為13.94.

注意：一般情況下，若我們的相機的幀率為15fps，則表示相機ReadOut數據的時間為1000ms/15 =66.7ms