Exposure and Sensor Readout

相機(jī)上的圖像采集過(guò)程包括兩個(gè)截然不同的部分。第一部分是曝光。曝光完成后，進(jìn)行第二部分Readout過(guò)程即從傳感器的寄存器中讀出數(shù)據(jù)并傳送出去（Readout過(guò)程）。

關(guān)于圖像采集過(guò)程中，相機(jī)操作有兩種常見(jiàn)的方法：“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光。在非重疊(“non-overlapped”)模式中，每個(gè)圖像采集的周期中，相機(jī)在下一個(gè)圖像采集開(kāi)始前，均要完成曝光/讀出整個(gè)過(guò)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(jī)的幀率，允許在下一幀圖像開(kāi)始曝光時(shí)候，將前一幀獲得的圖像數(shù)據(jù)讀出并傳送出去。相機(jī)“重疊”(“overlapped”)曝光的方式見(jiàn)Fig.2所示。

從Fig.2中我們可以看到，相機(jī)讀出數(shù)據(jù)和下一幀曝光開(kāi)始出現(xiàn)重疊的情況，在同一個(gè)時(shí)刻內(nèi)，相機(jī)執(zhí)行兩個(gè)操作，導(dǎo)致在同樣的單位時(shí)間內(nèi)，在“overlapped”曝光模式下，可以采集到更多的圖片，即相機(jī)的幀率更高。

從上邊兩個(gè)圖中，我們可以知道在“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光模式底下，一幀圖像的周期存在著這樣的關(guān)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為例：

從Spec中可知，其Pixel Frequency為：36.8181MHz,所以1Clock的時(shí)間為1/36.8181Mhz =27.3836ns,接下來(lái)我們看相機(jī)的Timing chart，首先先看HorizontalTiming，見(jiàn)圖2所示：

從圖2中，我們從中可讀到的信息為，1 CLK=27.1605 nseconds，和我們從spec上得到的Pixel Frequency算出來(lái)的時(shí)間差不多。掃描1Horizontal需要1920CLK，即1H =27.1605*1920 =52148.16ns=52.14816us

接下來(lái)看相機(jī)Vertical Timing 見(jiàn)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(guò)圖2計(jì)算出來(lái)horizontal Scanning的時(shí)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(shí)間為1220*52.1482 =63620.804us =63.620804ms，一個(gè)VD信號(hào)，所用的時(shí)間為：1252*52.1482=67793.5464us =67.7935464ms。按照我們前邊的理論，一個(gè)cycletime內(nèi)，一幀圖像的時(shí)間為：Frame Period = Exposure Time +Readout Time

而我們知道STC-A202A的幀率為：15fps，即1 Frame Period =1/15 =66.7ms。

所以在“non-overlapped” exposure 模式下，ExposureTime = Frame Period – Readout Time =66.7ms -63.6ms =3.1ms，在此模式下，若是超過(guò)3.1ms的曝光時(shí)間，其幀率就會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)幀率15fps低。

         假如1顆相機(jī)Readout Time為：66.7ms，即數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為A，A=66.7ms，曝光時(shí)間為B，B=5ms，則一幀圖像的時(shí)間為C，則C=A+B=66.7ms + 5ms =71.7ms，則這顆相機(jī)的幀率為：1000/71.7 =13.94FPS，則這顆相機(jī)的幀率為13.94.

注意：一般情況下，若我們的相機(jī)的幀率為15fps，則表示相機(jī)ReadOut數(shù)據(jù)的時(shí)間為1000ms/15 =66.7ms