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CCD图像传感器：帧速率是多少？

2020年4月21日经过罗伯特·凯

本文探讨了CCD读数特性与可以生成图像的最大速率之间的关系。

到目前为止在CCD（电荷耦合器件）上的本系列中，我们已经涵盖了这些设备如何运行的许多方面，它们的输出信号以及如何通过分布来提高其产生的信噪比和帧速率。有关更多信息，请参阅以下文章。

现在，我们注意与CCD的新概念：帧速率。

CCD（电荷耦合器件）并不是仅限于摄影或仅视频应用。CCD静止图像传感器和CCD视频传感器之间的差异存在于实现级别。如果发生集成和读数，则会产生一个图像然后显示（或存储或通过分析或分析）图像处理软件），CCD及其支持组件运行为静态相机。

如果发生集成和读数，则以常规且相对短暂的间隔产生图像，CCD及其支持部件正常运行作为摄像机。

使用仍然相机，主要关注的是图像质量;分辨率，灵敏度或噪声性能取决于应用程序的关键参数。这些问题也很重要，但现在我们也有帧速率考虑，有时必须牺牲图像质量，并支持视频应用的基本参数。

什么是帧率？

这是单个图像-i.e的频率。，产生框架。标准单元是每秒帧（FPS）。

我认为它实际上比你考虑交错视频的那样复杂一点，它具有现场速率和帧速率。一个领域只有奇数甚至线条，因此是框架的一半;因此，描述为30 fps的隔行扫描视频具有60fps的场速率。

此外，场速率不是纯技术参数，其与用户无关，因为交错导致高于实际帧速率的感知帧速率。如果您认为一个字段是框架，帧速率是现场率。

此图像显示我们通常在交错视频中未注意到的内容：将帧分离为偶数和奇数字段。图片来自Wikimedia。

交错视频的替代方案称为逐行扫描。这是更直观的视频类型，即，一帧由传感器产生的所有线条组成，没有任何这种尴尬的偶数/奇怪的业务。我不相信交错视频 - 始终试图假装其帧速率高于它真正的帧速率。

本文的其余部分和下一篇文章，这是持续相同的帧速率讨论，是用逐步扫描写的。

帧率标准

标准化帧速率为24 FPS，来自电影视频，大约25或30 FPS，用于电视广播。

但是，如果您正在设计自定义成像设备，则可以选择任何帧速率适用于系统的目标或限制。没有法律说，视频必须具有一定数量的每秒帧，以便允许有效的观看或分析。如果您可以通过每秒10帧完成的工作，通过使用较慢的时钟速度和放宽数字存储或吞吐量要求，更好地提前提高，使您的生活更轻松。

集成，读数和帧速率

基于CCD传感器的成像系统的帧速率受捕获和读出图像所需的时间量的限制。如果传感器必须首先集成10 ms-i.e。，它的曝光时间是1/100的第二 - 然后花费90 ms读出所有电荷数据包，递送图像所需的总时间为100 ms。因此，最大帧速率是（1帧）/（100ms）= 10 fps。

但是，如果场景突然变得更暗，曝光时间必须增加到50毫秒？

现在图像 - 交付时间为140毫秒，最大帧速率约为7 fps。因此，系统的帧速率能力受暴露时间的影响，这可能响应于照明条件而不断改变。

通过在集成下一帧的同时读出一帧像素数据，可以通过读出一帧像素数据来对帧速率进行帧速率的这种帧级依赖性。这是可能的帧传输和互联传输CCD，间隔传输架构是优选的，因为它产生较少的涂抹。

在将发光电荷传送到垂直移位寄存器之后，即使仍然发生像素读数，光电二极管也可以自由地对下一帧集成电荷。

然后，全帧CCD具有它们的优点，也许与系统最长的曝光时间相关的帧速率加读出时间足以满足您的要求。这回到了我对标准和非标准帧速率的看法。

通过确定每秒每秒需要多少帧，您可能会发现您可以进行同时集成和读数，而是享受使用全帧CCD而不是Interline Transfer CCD的好处。

结论

很抱歉在此突然结束这一讨论，但在这里有太多的材料来了解一篇文章。我们已准备好详细了解CCD读数与帧率，这正是我们在后续文章中所做的内容。