Cmos sensor的一些定义

MCLK(主时钟):

作用:

是传感器的主系统时钟,为整个传感器提供基础时钟源。

驱动传感器内部逻辑电 路(如时序控制器、ADC、数字处理模块等)。

频率:

通常由外部晶振或主控芯片提供,频率固定(如24MHz、48MHz等)。

可能通过传感器内部的PLL倍频后生成更高频率的内部时钟。

特点:

持续存在,只要传感器上电或待机就可能需要MCLK。

不直接与像素数据输出相关,而是为传感器内部工作提供同步基准。

感器根据配置的分辨率和帧率,从MCLK衍生出PCLK,用于控制像素数据的输出速率。

PCLK(像素时钟):

是控制像素输出的时钟,即pixel采样时钟,一个clk采集一个像素点 , 单位MHz。表示是每个单位时间内(每秒)采样的pixel数量。

PCLK=HTSVTSFPS

HTS:行长,一行有多少个pixel;

VTS: 帧长,一帧曝光了多少行。

frame_Line_length=VTotal(帧长) = VTS = Active Line(场有效长度) + V_Blank(场消隐)

Line_length_PixelClock=HTotal(行长) = HTS = Active Pixels(行有效长度) + H_Blank(行消隐)

Vsync=Vmax(Sony)=VTS(OV)

Hsync=Hmax(Sony)=VHS(OV)

Dummy_line:

虚拟行,是用来填充V_Blank的行,一般最大曝光行数是要大于有效像素的长的,就是因为加了dummy_line的原因

frame_offset:

是指最小的dummy_line,这里要注意:最大曝光行 = VTS - frame_offset,而最小曝光行则不是frame_offset , datasheet 中会定义一个最小曝光行,这是两个概念。

Pclk:Pixel Clock 像素时钟 ,单位时间内采集的像素数;

1/pclk:是曝光一个像素点所用的时间。

vertical Offset:

通常指的是传感器图像扫描起始点相对于默认或期望位置的垂直位置偏移。它可以用于图像裁剪、调整扫描起始行、同步视频流或优化图像捕捉区域。理解和使用垂直偏移对于精确控制图像采集过程和提高系统性能至关重要。

Vetical Blanking Time=1/fps/FrameLengthLinesvertical offset 10^9

首行曝光时间=1/fps/FrameLengthLinesminlinecount10^9

integration time:积分时间 当光源周期与integration time成整数倍时才不会产生flicker

行消隐和场消隐:

H_Blank(Horizontal_Blanking Time) 行消隐:

定义:

每一行(Line)扫描结束后,传感器需要一定时间复位并准备下一行的扫描,这段时间对应的像素周期数称为H_Blank。

包括行消隐(H_Blanking)和行同步信号(HSYNC)的时间。

在时序图中表现为有效像素区(Active Pixels)之后的非图像数据区间。

作用:

1.为传感器提供行复位时间(如电荷清除、ADC转换完成)。

2.控制曝光时间:因为 HTS = Active Pixels + H_Blank,Active Pixels 不变,

增大H_Blank,HTS变大,Line Time=HTS/Pclk,Pclk不变,则line_time变大;

所以达到了延长行时间(line_time),从而影响最大曝光时间。

3.影响帧率:H_Blank增加会导致HTS(行时间)变长,降低帧率(FPS)。

FPS=Pclk/(HTS*VTS)

阈值:

下限:由传感器硬件决定(如复位时间、ADC转换速度等),通常数据手册会标注最小值(如H_Blank_min=50 cycles, V_Blank_min=20 lines)。

上限:理论上可任意增大,但实际受帧率、曝光需求限制

V_Blank (Vetical Blanking Time)场消隐

定义:

一帧(Frame)扫描完成后,传感器需要时间复位并准备下一帧的扫描,这段时间对应的行数称为V_Blank。

包括帧消隐(V_Blanking)和垂直同步信号(VSYNC)的时间。

在时序图中表现为有效行(Active Lines)之后的非图像数据区间。

作用:

1.为传感器提供帧复位时间(如全局复位、读出缓冲清空)。

2.控制帧率:增大V_Blank会延长帧时间(frame_time),直接降低帧率。

3.影响曝光灵活性:V_Blank越大,允许的曝光行数(Integration Time)范围越宽。

公式:VTS=Active Lines+V_Blank

4.限制最大曝光时间:

Exposure_time = exposure_line * line_time

Max Exposure Lines≤VTS−V_Blank_min;

阈值:

下限:由传感器硬件决定(如复位时间、ADC转换速度等),通常数据手册会标注最小值(如H_Blank_min=50 cycles, V_Blank_min=20 lines)。

上限:理论上可任意增大,但实际受帧率、曝光需求限制。

Vsync:

传感器输出的垂直同步脉冲信号,用于指示一帧(Frame)的开始或结束。

作用:

告诉图像处理器(如ISP或显示屏)何时开始接收新的一帧数据。

避免帧传输过程中的撕裂(Tearing)现象。

Vsync脉冲的频率和位置由VTS决定:

每完成一个VTS行数的扫描,传感器会生成一个Vsync脉冲。

增大VTS(如增加V_Blank)会降低Vsync的频率(即帧率下降)。

示例说明

假设传感器参数:

有效行 = 2448,V_Blank = 82 → VTS = 2530

像素时钟 = 100 MHz,HTS = 1738

则:

Vsync信号:

每完成2530行扫描后,产生一个Vsync脉冲。

脉冲宽度由传感器硬件决定(如持续4行时间)。

调整VTS的影响:

若将V_Blank从82增至182(VTS=2630),帧率降至21.8Hz,Vsync脉冲间隔变长。

能否直接配置Vsync的脉冲宽度?

通常不能,脉冲宽度由传感器硬件固定(如2~4行时间)。少数高端传感器可能支持寄存器调整。

如何降低帧率:

增加VTS,比如30帧的时候vts为1125,要改为15帧,只要把1125*2=2250即可,多出来的line 作为V_Bank,

V_Blank和Vsync的联系和区别:

  1. V_Blank 是时间区间,决定帧复位时间和帧率;Vsync 是同步信号,用于帧对齐。

  2. Vsync 在 V_Blank 区间内触发,两者共同构成完整的垂直时序。

  3. 调整 V_Blank 会改变 Vsync 的频率,但通常无法直接修改 Vsync 的脉冲特性。

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