福州大学第19届206智能车队摄像头培训 三、帧率和快门时间

原文于2023.10.25发布于本人CSDN主页，现同步至cnblogs

1.摄像头帧率

某天看了学弟学妹们练习PID编写的程序，为了降低串口通信的频率在int main() while(1)内用了delay函数。实际上在未来实际应用中是不可取的。

在平时的单片机工程中，delay函数只会暂停主函数中的程序，不会影响定时器。需要循环执行的任务只需丢进设定好周期的定时器中断即可。

但在逐飞的开源库中，CPU0主循环中是这么个东西：

if(mt9v03x_finish_flag)
{
//循环执行的代码
    mt9v03x_finish_flag = 0;
}

显然，需要等待每次CPU0主循环结束后，摄像头才会采集下一帧图像。这样的合理性在于：图像处理运算时间长、同时也是智能车控制的核心内容，只要将图像处理的内容写在CPU0主循环中，即可实现一帧图像只识别一次，且一次识别中不会采集下一帧图像（图像数组变动）。这样就最大限度提高了摄像头的工作效率。

不建议使用较长时间delay的原因也在于此：在delay的时间内，定时器中断服务中的电机还在使能，主函数中的摄像头采集与处理却呆住了，车就容易跑飞。

由上所述，此时图像处理的帧率就取决于硬件上限、配置参数上限，以及CPU0主循环中程序消耗的时间（忽略CPU0的中断服务耗时）。

现在需要测量帧率，有这么几种办法：
（1）逐飞库函数

void system_start (void)
uint32 system_getval (void)

（2）CPU0主循环每进行一次，翻转一路io，将该路io接上示波器，即可测出帧率。
（3）没有条件使用示波器或者硬件设计没有引出多余io的时候，CPU0主循环每进行几次，翻转一次最小系统板载LED灯的io。通过LED灯闪动的频率，就可以计算出摄像头的帧率。

2.电子快门与信号

MT9V03X作为智能车竞赛使用的主流摄像头CMOS（逐飞科技总钻风、龙邱科技神眼、呆萌侠电子虎眼），优势在于其全局快门（ Global Shutter）功能。对比传统卷帘快门（如OpenMV中常见的OV7725）的逐行曝光模式，全局快门可以避免智能车在高速移动下图像产生的果冻效应。

全局快门原理示意图

卷帘快门原理示意图

果冻效应示意图

全局快门的缺点在于，在同为CMOS电路前提下，其帧率上限低于卷帘快门（卷帘快门逐行读取而不是等待整幅图像曝光完成后读出，每行读出之间的时间延迟很小，每个单独行能够在完成前一帧的读出后开始下一帧的曝光，所以最大化帧速率）。同时，额外的采样保持单元引入了新的噪音源；负责将光学模拟信号转换为数字信号的A/D转换器需要同时处理更多的像素；同时曝光的相邻行像素点干扰增多，上述这些缺陷造成了噪点增多，信号易失真的问题。

在没有条件改变摄像头电路与快门方式的情况下，应该避免使用冗长的连接排线，摄像头转接板针脚保持洁净无腐蚀，PCB设计应考虑信号抗干扰、且尽量避免与其他模块共Vcc。

顺带一提，19届智能汽车摄像头组中鼓励使用线性CCD，因为CCD型感光元件相比CMOS型通常均为全局快门，CCD的最终帧速率受到单个像素数字化传输的速率的限制，传感器中传输的像素越多，相机的总帧速率就越慢。而线性CCD只有一行像素，可以实现极高的帧率。

附：MT9V034技术文档下载地址

Onsemi MT9V034