Image Sensor卷帘曝光（Rolling Shutter）基本原理

本文介绍Image Sensor卷帘曝光（Rolling Shutter）基本原理。

卷帘曝光（Rolling Shutter）是Image Sensor常见的曝光方式，市面上的OV，Sony，ON都有大量的Image Sensor采用这种曝光方式。曝光控制关系到Image Sensor的成像质量，本文简要介绍其基础原理和应用。

1.基本原理

Rolling Shutter的曝光控制过程涉及2个控制信号：reset信号，read信号。

1)reset信号：负责将1行像素清零

2)read信号：负责读取1行像素数据

Rolling Shutter的曝光控制是以行为单位进行的（最小单位为行），在对1行进行曝光前，需将其reset（清0），然后等待一段时间（曝光时间，以行为单位），再读取这1行，读完这1行才算曝光完毕，在下一次reset之前，这些行处于自由曝光状态。曝光控制过程如下图：

其中，

1)read信号追着reset信号，当reset信号到底部时，再卷绕到第1行，如此循环

2)read信号和reset信号之间间隔的行即是曝光时间（以行为单位）

3)read信号或reset信号的移动间隔时间为1行，即每隔1行时间，reset信号或read信号向下移动1行

Rolling Shutter曝光控制过程空间和时间上的关系（单帧）如下图。

从图中，我们可以看出当首行读出后，每间隔1行的时间，就会有1行数据被读出，类似于流水线操作。

Rolling Shutter曝光控制过程空间和时间上的关系（多帧）如下图。

由图可知，

多帧曝光时，前后2帧曝光过程是可能存在重叠的（取决于曝光时间的长短），可以简单计算得出：

当时，前后2帧曝光不存在重叠（相当于把曝光时间隐藏在v-blanking时间里）。

这在多种不同光源交替曝光采集图像过程中尤为重要，因为，后1帧图像曝光会受到前1帧图像采集时光源的影响。

2帧之间，相同行读出时间的间隔即为帧时间（帧率的倒数）。

2.应用

某采用Rolling Shutter的Image Sensor部分参数如下：

1)V-Acitve:1080

2)HTS:1072

3)VTS:1120

4)FPS:60FPS

5)PixelClock:72MHz

试计算，不同光源交替曝光采集图像时，2帧曝光不存在重叠的最大曝光时间。

即当时，可以保证前后2帧曝光不重叠。

总结，本文介绍了Image Sensor卷帘曝光（Rolling Shutter）基本原理。