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                   Camera Sensor 的工频闪烁

一、工频干扰闪烁现象

二、工频干扰闪烁的原因

三、如何规避工频干扰导致的闪烁

出现工频闪烁时，从视频上看会发现有规律的明暗相间的条纹，如图1所示。

                                                                 图1 工频闪烁

Sensor在日光灯作为光源下获取图像数据时会产生flicker，其根本原因是照在不同pixel上光能量不同产生的，所接受的光能量的不同也就是图像的亮度的不同。电源的频率有两种标准：50Hz（大陆）和60Hz（台湾、日本）的正弦波形，当然能量是没有方向性的，因此对应的能量是一个频率为100Hz和120Hz的波形，如下图2所示：

                                                            图2 60Hz电源频率及能量波形

由于能量在时间方向上的波形，照在sensor上就使每一个pixel产生在时间方向上的相应波形，由于CMOS sensor的曝光方式是一行一行的方式进行的，任何一个pixel的曝光时间是一样的，也就是同一行上的每个pixel的曝光开始点和曝光的时间都是一模一样的，所以同一行的所有点所接受到的能量是一样的，而在不同行之间虽然曝光时间都是一样的，但是曝光的开始点是不同的，所以不同行之间所接受到的能量是不一定相同的。由此产生sensor出来的图像可能在图像高度方向上会有相应的波形，如下图3：

                                                               图3 sensor图像数据能量示意图

为了使不同行之间所接受的能量相同，就必须找一个特定的条件，使得每一行即使曝光开始点不同，但是所接受的光能量是相同的，这样就避开了flicker，这个特定的条件就是曝光时间必须是光能量频率Hz的整数倍时间。

计算原理为：

50HZ交流电能量周期：T = 1/(50*2)

sensor曝光一帧所用的时间 T_frame = 1/FPS;

sensor曝光一行所用的时间 T_row = T_frame/Line_max  (Line_max = Exp_max);

为了避免flicker，必须满足每一行获取的能量是交流电能量周期的整数倍，否则会应为获取的能量不一致，导致水波纹现象的产生。即：

T_row * Step = n * T

故：Step = （n * T）/T_row = n*(FPS *Exp_max) /100; (n取正整数)

这个是计算Banding Flicker的依据，具体计算方法如下：

50Hz

Banding Value = Total lines * fps / 100

60Hz

Banding Value = Total lines * fps / 120

相信在很多地方都可以了解到，只要曝光时间是光能量周期（100Hz）的整数倍，即可规避工频干扰导致的闪烁问题。        但是当曝光时间低于光能量周期（10ms）时，有应该如何规避这个问题呢？        假设帧率为10fps，那么设置一帧的时间间隔刚好为100ms，那么，每帧开始曝光开始时间都会是一致的，在相同的曝光时间，得到的光能量也就一致了。（由于有些提示是100ms的帧间隔，但是由于误差问题，不是准确的100ms，误差累计导致闪烁）。

通过设置帧率，使得每一帧之间的间隔为10ms的整数倍，每帧对应的每一行曝光得到的光能量一样（从能量波形来看，要使得每一行曝光所对应的能量一样，只需要确保对应的每一行时间内对能量波形积分，所得到的面积一样即可满足），从视频上来看，当曝光时间低于光能量周期（10ms）时，明暗相间的条纹位置固定不动，视频上看来不会有明显的频闪现象。

以50Hz为例说明，实现这个有两种办法： 　　1、设置曝光控制，强制为10ms整数倍变化，但是这样会浪费一部分曝光时间，导致曝光无法用满，在室内自然就会损失性能。 　　2、修改桢率，使每桢图像分到的时间是10ms的整数倍，则可以用满每桢曝光时间在，室内效果更好。修改桢率可以插入Dummy Line或者Dummy Pixel。这需要一点点计算，具体计算需要看sensor输出Timing。 　　例如把桢率设置为7.14fps，则每桢曝光时间是140ms。如果是15fps，则每桢曝光时间是66.66ms，如果强制曝光为10ms整数倍，最大即60ms，则有6.66ms无法参与曝光，损失性能。 　　具体调整桢率方法得和sensor的FAE沟通，每个sensor都可能不一样，不能一概而论。调整桢率还有个原则要注意，预览一般不能低于 10fps，再低就很卡，常用14.28fps和12.5fps；抓拍不能低于5fps，否则用手就很难拍出清晰的照片，常用7.14fps。桢率是一个权 衡折中的选择

       高了曝光时间不够，暗光效果太差，低了没法拍照，容易虚

参考：

关于cmos工频干扰导致的闪烁问题

camera工频干扰问题