简介
摄像系统最重要的组成部分之一是其各种时序参数的性能。这些参数对于捕获和处理图像至关重要，有助于控制摄像系统的曝光、同步和整体性能。在摄像系统开发阶段，开发人员必须使用适当的测试设备理解并测试这些时序指标，以确保系统正常运行并能生成具有高图像质量的图像。
图1：因拍摄时滞错失良机
时序测量的重要性
没有精确的Timing，摄像系统将面临严重的图像质量问题。例如，在上面的图像中，您会注意到右侧图像中的鸟因为拍摄时滞而离开了画面。然而，想象一下如果一个自动驾驶系统遇到拍摄时滞问题。物体就不会出现在场景中正确的位置，这可能导致错误的调整并造成危险的驾驶情况。
因此，全面了解不同时序指标对摄像系统性能的影响至关重要。许多Timing参数都会影响图像质量，每个参数都应进行测试以确保高性能和安全性。
Timing参数
理解和控制Timing参数使摄像系统操作员能够实现所需的曝光设置、运动捕捉和整体图像质量。每个参数在不同场景下对摄像系统的性能和功能都起着关键作用。
Shutter speed和Exposure time
传统相机中的Shutter speed指系统快门保持打开的时间。对于没有机械快门的摄像系统，例如手机，我们使用Exposure time来表示相机的图像传感器“打开”并暴露在光线下的时间。
更快的Shutter speed或Exposure time可以减少运动模糊。相比之下，更低的速度或更长的Exposure time允许更多光线进入相机，这在拍摄弱光场景时至关重要，但如果打开时间过长，则可能导致模糊效果。Shutter speed通常以秒的分数来测量，例如1/250或1/50。
Autofocus time
Autofocus time决定了摄像系统聚焦场景中主体的速度和准确性。快速而精确的Autofocus性能允许用户在各种拍摄条件下捕捉清晰的图像，包括带有移动主体的快节奏场景。在不同的Illumination条件下，尤其是在弱光下，测试Autofocus至关重要，因为在这种情况下相机可能难以识别并聚焦于主体。
Shutter和Shooting time lag
Shutter time lag是指从触发相机到实际开始图像捕捉之间的时间。在需要精确Timing时，此参数非常重要，例如在快速移动物体出现在画面中时进行捕捉。
Shooting time lag与Shutter time lag相同，但它包括Autofocus time。换句话说，我们测量的是按下相机触发器到图像实际开始捕捉前的Autofocus time之间的时间间隔。应评估Shutter和Shooting time lag的性能，以确保满足所有用户要求。
Frame rate
Frame rate描述了相机每秒捕获和存储的单个帧数。更高的Frame rate能更好地稳定场景中的运动，因此对Video录制或快节奏场景更有益。Frame rate以每秒捕获的帧数 (fps) 来衡量。标准Frame rate包括24 fps（电影制作）和30或60 fps（家庭Video录制）。评估Frame rate性能需要正确的Shutter speed来捕获所需数量的帧。
Display refresh rate
Camera display refresh rate指的是相机显示屏上图像每秒刷新的次数。更高的Frame rate将在图像转换过程中使一系列图像看起来更平滑。较低的Refresh rate通常会导致基于显示屏信息的物体对齐问题。Display refresh rate以Hertz (Hz) 为单位测量，表示每秒的刷新周期数。
Rolling shutter speed
Rolling shutter描述了传感器读取的一种特定方式。虽然带有机械快门的相机即使在像素上没有光线时也能读取，但带有Rolling shutter且没有机械或全局快门的相机（即一次性捕捉整个帧的相机）将逐行读取。根据第一行和最后一行读取之间的差异，在此期间移动的物体将显示出Distortion。
Startup time
Startup time指相机按下电源按钮后达到完全工作能力所需的时间。虽然这看起来可能不是一个关键的Timing参数，但它对消费者可能至关重要。例如，如果消费者使用一台当前关闭或存放的相机，一旦他们打开并激活它，它能多快准备好拍照？如果相机需要超过五秒钟，那么他们很可能会错过想要捕捉的瞬间，尤其是在捕捉移动物体时。
测试Timing参数
在开发过程中应彻底测试每个Timing参数，以确保高性能的摄像系统。我们建议遵循ISO 15781标准，该标准描述了各种Timing参数的测量方法和性能阈值。
LED-Panel
LED-Panel是一种Timing测量设备，我们在iQ-Lab中使用它，并严格遵循ISO标准设定的指南。它根据所测试的指标提供各种Illumination模式和频率。所有前面描述的Timing参数都可以使用此设备测量，并且许多可以在一张图像中测量。LED-Panel还提供了调暗LED板的能力，以改善弱光测试，并且还提供红外功能，用于近IR范围内的Timing测量。
图2：LED-Panel
建立一个Timing测试实验室
在位于Kerpen的iQ-Lab中，我们定期使用LED-Panel进行Timing测量。此外，我们还创新了新的测试方法，以更顺畅地将Timing测量融入我们的工作流程。
多用途 Test Charts
Timing只是评估相机性能的重要Image quality factors之一。其他因素包括Resolution、Distortion、Color accuracy、Shading、动态范围等。由于有如此多的因素和不同的测试要求，我们推荐使用多用途Test Chart，例如TE42-LL。为了进一步提高Test Lab效率，我们已将两个LED-Panel集成到TE42-LL Chart中，命名为TE42-LL Timing，以便在一张测试图像中测量所有关键Timing参数以及其他Image quality factors。
图3：TE42-LL Timing Test Chart
控制Autofocus
在测试这些Timing参数时经常出现的一个问题是控制相机的Autofocus。在拍摄多张测试图像时，确保每张图像的Autofocus都相同可能很困难。在我们的iQ-Lab中，我们使用iQ-Near Focus来帮助我们在相机测试期间重置Autofocus。该设备使用一个电动半透明棋盘格Chart，一旦启动，它会迅速下降到相机视野之外，以便相机可以聚焦于其后的场景（或Test Chart）。
将iQ-Near Focus与TE42-LL Timing Test Chart结合使用，您可以创建一个强大的解决方案，用于测量摄像系统的Timing参数。
图4：用于相机Autofocus性能的iQ-Near Focus
结论
理解和测试最重要的相机Timing参数的性能对于高Image quality至关重要。这些参数，包括Autofocus time、Exposure time、Shutter和Shooting time lag、Frame rate和Rolling shutter speed，对于正确捕捉和处理图像至关重要。
在摄像系统开发阶段，开发人员必须使用适当的测试设备理解并测试这些Timing指标，以确保系统正常运行，并在自动驾驶或安全监控等情况下安全运行。