原文标题：自动曝光相关问题分析

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浅析自动曝光的相关问题

Sensor banding现象（这种现象有时候也被成为Flicker现象）如视频所示，画面会出现频闪，感觉有水波纹一样的纹路在跳变；

具体来说可能会有如下表现（这些表现并不一定会同时出现）：

同一帧的不同行的亮度各不相同，存在亮暗变化的条纹，如上图所示；

不同帧的相同行的亮度不相同，出现视频中水波纹一样的纹路跳变；

前后帧的整体亮度存在差异，画面亮度出现明显的亮暗变化；

我们都知道交流电其实是一种正弦波，其频率有两种：50HZ和60HZ， 中国、泰国、印度、大部分欧洲国家等地采用50HZ，美国、加拿大、墨西哥等地采用60HZ。 下面以50HZ为例进行解释，交流电以1/50s，即20ms的周期进行变化，其变化规律如图所示：

而对于能量来说，并没有正负之分，因此能量的周期是1/100s，即10ms。

因此，普通的以交流电为电源的白炽灯的亮度实际上在一直在以10ms为周期随着交流电变化而发生变化，只不过人眼感知不到画面亮度的变化罢了。

常见图像传感器Sensor有卷帘快门和全局快门之分：

卷帘快门的特点是Sensor是一行一行进行感光的，并不是同时感光的，这就导致了不同行之间感光的时刻存在差异，

而感光的过程可以看成是对亮度进行积分，积分的大小直接决定了画面亮度。

如果在感光过程外界灯光亮度发生了变化就可能导致不同行感应到的亮度有差异，导致了banding现象，下面具体进行分析。

如图所示，假如第M行和第N行分别在 tm 和 tn 时刻开始曝光，曝光时间为都10ms，图中阴影部分的面积就表示该行的亮度:

我们知道第M行的积分面积与第N行的积分面积是相同的，因为积分时间刚好是周期的整数倍，此时不同行的亮度是相同的，不会产生banding现象。

如图所示，假如第M行和第N行分别在 tm 和 tn 时刻开始曝光，曝光时间为都8ms，图中阴影部分的面积就表示该行的亮度:

我们可以看出来第M行的积分面积（跨越波峰）大于第N行的积分面积（跨越波谷），

因此这两行的亮度就会有差异，在当前帧中就会出现不同行亮度不同的水波纹现象。

我们可以看出来第M行的积分面积（跨越波峰）大于第N行的积分面积（跨越波谷），

因此这两行的亮度就会有差异，在当前帧中就会出现不同行亮度不同的水波纹现象。

对不同帧的同一行进行分析

4-3、假设，第M帧的第N行在 tm 时刻开始曝光， 第M+1帧的第N行会在tm+1时刻开始开始曝光，

如果此时的帧率为30FPS，每帧时间为为1/30s，即33ms。我们可以知道：tm+1 = tm+33ms

曝光时间为10ms时:

如图所示，此时我们会发现，这两行的亮度是一样的，因此不同帧的亮度也是相同的，即画面亮度不会出现闪烁跳变；

4-4、曝光时间为8ms时

如图所示，第M帧的第N行的积分面积要大于第M+1帧的第N行的积分面积（经过谷底），此时不同帧的相同行亮度也会发生表现，

加上上面的分析，我们可以得知，在30FPS情况下，以8ms进行曝光时不仅会出现水波纹，而且水波纹还会滚动，出现上面视频中的表现。

4-5、但是，如果此时以25FPS的帧率进行分析，每帧为1/25s，即40ms时，情况会变得不一样，此时：tm+1 = tm + 40ms

这里可以给出结论：

当曝光时间为光源能量周期的整数倍时，不会出现banding现象；

当曝光时间不为光源能量周期的整数倍时，一定会出现不同行之间的亮度差异，即水波纹一样现象；但是水波纹会不会上下滚动还要看帧率；

当每帧时间(1/fps)为光源能量周期的整数倍时，不同帧之间的相同行不会出现亮度变化，即哪怕有水波纹也不会滚动，；反之水波纹会上下滚动；

分析完了普通白炽灯这些直接随交流电的频率进行亮度变化的灯，还有一类特殊的灯的banding现象与白炽灯不同，那就是LED灯，

因为LED并不是是随着交流电的频率变化的而是自身控制的，LED灯的频率并不固定，一般来说在90HZ~200HZ，不同的LED灯有不同的频率，

如图所示灯是90HZ（11.1ms），占空比为20%, 的LED亮暗示意图，当电平为高时LED灯亮起，当电平为低时，LED灯熄灭，

因此这里我们也可以看到为什么LED会节能呢？因为它大部分时间都不亮。

注：一个频率波形有信号与无信号的比值叫占空比 ；

那对于图像传感器来说，LED与普通白炽灯有什么区别呢？

白炽灯其实是一直亮着的，但是LED灯的大部分时间是灭的，因此采集图像时有可能会采集到LED灯灭掉的时刻，

比如ADAS相机如果采集到的红绿灯是灭的，那么ADAS算法也无法判断当前应该是停车还是直接走；

交流电的频率是固定的，要么50HZ，要么60HZ；但是LED灯的频率没有具体标准，

比如频率很低的警车上鸣笛的那个红蓝信号灯频率可以低到5HZ，而高频的LED灯可以达到200HZ，并没有一个固定的频率；

不过，分析方式是一样的，每一行的亮度取决于在该行曝光时间内的外界亮度的积分。这里以90HZ，占空比为20%的LED灯为例进行分析，

因为在车载领域，对LED banding有要求的也是大于90HZ的LED灯下无明显的频闪和水波纹。