一、概述?

????????閃爍（Flicker），通常發生在室內場景，曝光時間設置如果不是光源能量周期的整數倍，則圖像不同位置處積累的信號強度不同，并呈周期性變化，這是單幀圖像的情況。在視頻序列上，如果滿足一定條件，視頻會出現條紋模式在垂直方向上緩慢移動。

二、形成原因

1、光源

????????雖然現在大多數熒光燈都配備了逆變器，但是老款的熒光燈每秒會閃爍100或120次。而越來越常用的LED光源和指示牌的閃爍速度更快，高達每秒數百或數千次。這種由閃爍所導致的亮度變化可能會對影像造成不良影響。

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2、CIS工作方式

? ? ? ? 閃爍的形成原因與CMOS sensor 滾動曝光（rolling shutter）的工作原理相關，并且受交流電的頻率影響。CMOS圖像傳感器——工作原理_滄海一升的博客-CSDN博客_cmos圖像傳感器工作原理CMOS圖像傳感器的曝光與讀出https://blog.csdn.net/qq_21842097/article/details/117668852

????????對于同樣的積分時間t，sensor不同位置處的像點開始積分時所處電信號的相位不同，所以同樣時間t 內能夠積累的光子數也不同。

flicker 的本質是像素曝光起始點相對交流電的相位關系在不斷變化。這個問題不僅存在于一幀圖像內部，在幀與幀之間也存在同樣的問題。

三、工業、交通場景下的問題

????????智能交通領域常會遇到拍攝交通信號燈的需求。大部分信號燈直接使用220V市電供電，因此會存在10ms的光能量周期（美國是110V，周期8.3ms）。偶爾也會有信號燈廠家偷工減料，使用半波整流器件將電頻率的負半周過濾不用，這就導致信號燈每亮10ms之后就會熄滅10ms。雖然人眼看不出來，但sensor看的非常清楚。

????????由于信號燈存在10ms的明暗周期，當sensor曝光時間很短時，就會遇到某一幀圖像里信號燈碰巧全都不亮的尷尬場景，如下圖所示。

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????????一般在晴朗的夏天，sensor曝光時間可能會需要短于1ms才能保證畫面不過曝，此時遇到信號燈近似熄滅的概率已接近50%。而在夜晚則曝光時間通常需要大于10ms，所以不會遇到信號熄滅的問題，相反會遇到信號燈光太強以致sensor過飽和，全部信號變成白燈的問題。

????????除了紅綠燈之外，很多汽車上使用的LED大燈或者信號燈也是有頻率的，而且平均點亮的時間（占空比，duty cycle）可能更短，如下圖所示，這種情況sensor抓拍到LED（信號）燈熄滅的概率會更大。

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四、解決方案

1、 合理設置曝光時間

? ? ? ? 前面已經到flicker現象的形成原因，所以我們可以將曝光時間設置為光源能量周期的整數倍。

????????以電頻率50Hz為例，如果sensor 工作在25或50fps（frame per second），則幀頻率剛好與電頻率同步，每幀圖像的flicker 表現（明暗位置）與上一幀完全相同，所以明暗條紋在視頻上是靜止不動的。如果sensor工作在30或60fps，則每幀的flicker與上一幀會產生固定的相移，視頻上的明暗條紋圖樣會在畫面垂直方向上緩慢移動。

????????在室內，為了避免工頻閃爍，曝光時間應設置為光源能量周期的整數倍。在中國，光源能量周期為10ms(交流電周期的1/2)，在美國則為8.3ms，調整曝光時間時要特別注意這一點。

2、斬波（chopped）曝光

? ? ? ? ，針對工業、交通等場景下的flicker問題，有人提出了斬波曝光的工作模式，其原理是把正常曝光所需的曝光時間（比如1ms）分散到11ms的固定時間間隔內執行，通過多次短暫曝光的效果累加實現1ms等效曝光時間，且能保證采樣到信號燈最亮的時刻，如下圖所示。

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????????這種方法的好處是增大了捕捉到光源點亮的概率，但是由于捕捉的時間短，所以畫面上信號燈的亮度會比正常的要弱。所以這種方法并沒有完美解決問題，只是一種緩解（mitigation）的方法。?有的CIS也會提供flicker mitigation的功能。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CMOS图像传感器——闪烁（flicker）现象的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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