如何修改 sensor 输出帧率

在项目中我们经常有修改 sensor 输出帧率的需求，目的可能是要通过降低帧率，来增加曝光时间，从而提升低照度下的图像质量、或者是通过降低帧率，来减少传输带宽、又或者是通过提高帧率，抓拍高速运动的物体等等。本文主要介绍的就是如何修改 sensor 的输出帧率。

1、问题需求

以我目前在做的一个项目为例，用的是格科微的 GC4653 这款 sensor, sensor 原厂提供的 setting 是30fps，现在要求降低到 20fps，具体该如何修改呢？

2、计算说明

修改帧率一般是通过修改 VTS（也就是帧长） 来实现的，一帧图像的曝光时间 = 帧长 * 一行时间。提高帧长，1帧图像的曝光时间就变大了，单位时间内可曝光的帧数就少了，也就是帧率就下降了。所以通常也会通过降帧，来提高低照度下相机的性能。因为降帧后，每帧图像的曝光时间就变长了，相同照度下相比未降帧前，用到的sensor gain 就小，噪声情况就会有所改善，只要噪声小，能做的事情就多了，比如增加清晰度、提高亮度、调高色彩饱和度等等。

修改帧率，首先要了解如下参数的计算公式：

pclk = frame_length ∗ line_length * fps

line_time = line_length/pclk 

fps = pclk/(frame_length ∗ line_length) = pclk /(frame_length ∗ pclk ∗ line_time) = 1/ (frame_length∗ line_time)

注：公式中的参数不理解的话，可查看这篇文章，CMOS Sensor 的一些基本概念，及曝光相关的计算 。

主要就是通过如上公式计算出新的帧长，要求得帧长就必须先知道曝光一行的时间（line_time）和帧率，帧率是已知的，就是20fps。要求得一行时间（line_time），就必须知道行长 (line_length) 和pclk的值。

首先我们先求pclk的值：pclk = frame_length ∗ line_length * fps，公式里的帧长和行长就是 VTS 和 HTS，这两个值默认的setting里就有，因为pclk是不变的，我们可以通过初始的30fps的setting来计算出 pclk 的值。

如下图所示，从sensor datasheet 里可以找到对应VTS 和 HTS的寄存器地址，根据地址从 sensor 厂给的 setting 里找到其对应的值 VTS = 1500，HTS = 3200（datasheet中有注明，读出的值要 *2）；

3、计算结果

pclk = frame_length ∗ line_length * fps = 1500 x 3200 x 30 = 144,000,000 

line_time = line_length/pclk = 3200/144,000,000 = 0.022 ms

VTS = frame_length = (1/fps) /line_time = ( 1/20 )s / 0.022ms  =  50 / 0.022 = 2273

如上将 sensor setting 中 VTS 的值改成：0x0340 = 08，0x0341 = e1，sensor 输出帧率就由30fps 变为 20fps 了。