==== IEEE 2020-2024 Flicker测试 ==== **一、闪烁（Flicker)的定义** __**闪烁（Flicker）**__指相机拍摄的图像中出现周期性明暗波动、条纹或局部亮度不稳定的现象。该现象本质上是时间采样不匹配导致的问题，LED 灯通常以每秒数百次的频率脉冲发光，其表观亮度通过调整脉冲的占空比（即亮灯时间在一个周期内的占比）来控制，而由于人眼相当于一个天然的时间低通滤波器，这种高频脉冲在视觉上会被 “平滑” 为持续稳定的光效，因此人眼看到的 LED 灯处于恒定亮灯状态。但拍摄光源的相机可能会与这些波动以相同的时间尺度进行曝光，使得相机更容易捕捉到光源本身的动态变化。 | {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:flicker1.png?500 |}} | {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:flicker2.png?500 |}} | ^ N帧 ^ N+1帧 ^ 如上图，第 N 帧时，相机曝光时间与 PWM 驱动的 LED 交通信号灯脉冲时间重合，相机捕获红灯；第 N+1 帧时二者不重合，红灯未被捕获。因此，交通信号灯会因连续帧中相机曝光时间与 LED 光脉冲是否重合而时亮时灭，即出现闪烁（Flicker）现象。 **二、闪烁（Flicker)的类型**\\ **1.发光闪烁（Illuminant flicker）**\\ 直接成像光源在摄像头视场内的闪烁，如：前大灯、交通信号灯或路标等设备的闪烁，这种现象被称为“发光闪烁”（Illuminant flicker）。\\ | {{ yanding:flicker2.png?400 |}} | ^ 图2 Illuminant flicker ^ 当激活前大灯时，LED 的占空比和频率会被调整，以调暗 LED 灯。如上图，左侧的 LED 看似关闭，而右侧的 LED 看似开启，其原因是大多数车辆的前大灯在频率、占空比或相位上没有同步，导致前大灯通常会以不同的速率或相位闪烁。 **2.反射闪烁（Reflectance flicker）**\\ 因相机视场（FOV）外的闪烁光源照射而产生的闪烁，如：如灯光照射路面时，其表面反射呈现的闪烁，这种现象称为“反射闪烁”（Reflectance flicker）。\\ |{{ yanding:flicker3.png?400 |}}| ^ 图3 Reflectance flicker ^ 上图为卷帘快门相机拍摄由 PWM 闪烁光源照明的均匀目标时捕获的条带伪像，其是在 100 Hz 到 1000 Hz 之间的不同频率下拍摄的。与 50/60 Hz 交流条带效应不同，条带数量、条带高度等会根据 LED 的频率和占空比以及相机的帧率而变化。 **三、测试设备装置**\\ **“发光闪烁”（Illuminant flicker）：**\\ {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:f1.png?600 |}} PWM 驱动的 LED 光源应置于被测设备（DUT）的视场（FOV）内，位于静态背景 均匀中性背景前方，该背景可为反射式（前照明）或透射式（背照明）。在图像捕获期间，被测设备 DUT应安装在三脚架或其他固定装置上。\\ LED光源应具备可变频率、占空比和强度。“开启” 和 “关闭” 参考光源在整个测试过程中均位于被测设备的视场内。“开启” 参考光源与被测光源在设计和物理特性上完全一致，但由亮度匹配的恒流源驱动。“关闭” 参考光源与被测光源在设计和物理特性上相同，但在所有测试场景中均处于关闭状态。背景的亮度应可配置。 **“反射闪烁”（Reflectance flicker）:**\\ {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:f2.png?600 |}} 测试目标应为经调制光源照明的均匀中性背景。它可以是集成了调制光源的透射型目标，也可以是由调制光源均匀照明的反射型目标。照明均匀性的偏差应不大于±5%，以确保色调测量的准确性。对于鱼眼相机，可能需要曲面或碗状目标。\\ 由于条带伪像还与相机的曝光时间密切相关，对于无手动曝光控制的相机（黑盒相机），还建议使用非调制光源来改变其曝光时间。\\ **四、测试方法及要求**\\ **测试步骤：**\\ {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:测试方法.png?400 |}} * 视频序列需足够长以保证捕获一个完整的相位周期； * 整个测试过程中，拍摄像机的最大动态范围设置不能改变，且拍摄区域不能出现过曝现象； * 脉宽调制的频域不能为相机拍摄帧率的整数倍，否则相位覆盖可能不够均匀； * 实际测试时，LED频率范围选择应考虑具体应用情况，例如一些光源闪烁的频率故意设置在人类可视范围内，例如转向灯，紧急照明等。待测设备能正确识别此种闪烁的发生的可能性也应包含在测试范围内。 **测试要求：**\\ **“发光闪烁”（Illuminant flicker）：**\\ {{ yanding:flicker_default_flip.png?500 |}} **测试目标要求：** PWM光源应位于相机视场（FOV）中心附近，以最小化镜头阴影效应。光源前方必须加装漫射器，该漫射器需表面均匀（峰值变化≤10%），呈哑光朗伯特性，以最小化镜面反射，且禁止使用全息漫射器。所有目标区域应采用相同材料制作，且所有区域的图像面积应相等。\\ **测量区域（ROI）选择：**\\ 行数最小化：为准确捕捉闪烁相位，建议将测量的行数减至最少，理想情况下仅测量单行像素（尤其对卷帘快门传感器）。\\ 宽度最大化：为减少图像噪声影响，建议将ROI宽度设置为目标区域所允许的最大值，以增加有效像素数量。\\ **参考光源设置（确保测量在相机动态范围内）：**\\ 每个PWM闪烁区域旁需设置两个参考区域：\\ 参考“关”：与PWM区域材料相同，但不通电(如图中的c）。\\ 参考“开”：与PWM区域材料相同，但由恒定电流驱动（常亮不闪烁）。其亮度有两种模式：1.与PWM等效亮度匹配(如图中的b）；2.PWM的最大亮度（100%占空比）（如图中的a)。\\ {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:f3.png?600 |}} **针对不同类型相机的测试策略：**\\ **可配置相机（固定曝光/ISP）：**可采用顺序测试法，即依次拍摄“开”、“关”、“闪烁”三种状态。\\ **黑盒相机（自动曝光/ISP）：**顺序测试法可能因相机自动调整而导致结果不可靠，因此推荐同步测试法，即将“开”、“关”、“闪烁”三个目标同时置于场景中一次拍摄完成。\\ 此外需注意：目标光源尺寸应限制在图像高度的5%以内，以减少对相机自动算法的影响;场景中应包含一个亮度不低于参考“开”光源的恒定背景光源，以稳定场景动态范围;在不同测试模式切换后，需预留稳定时间让相机自动调节功能稳定。\\ **“反射闪烁”（Reflectance flicker）:**\\ {{ yanding:flickeroutvideo2_default.png?500 |}} 测试设备应按固定帧率捕获一系列测试场景的视频，每个视频中光源以不同频率调制。捕获的视频时长应至少为几秒，至少要足够长以观察条带伪像的变化。当光源的调制频率接近测试设备帧率的整数倍时，时间调制会变慢。当调制频率恰好是帧率的整数倍时，将不会出现时间闪烁效应。在卷帘快门的使用中，图像中会出现静止的条带。最难测试的情况是光调制频率与这些点仅相差几分之一赫兹，因为要验证其确实在变化，可能需要时长相当的视频。 **五、评估指标（KPIs）**\\ **“发光闪烁”（Illuminant flicker）KPIs：**\\ **闪烁调制指数（FMl，Flicker Modulation Index）**\\ $$ FMI = 100 \times \frac{x_{\max} - x_{\min}}{x_{\max} + x_{\min}} $$ 对于给定的时间序列 s(n)，其中：FMI为闪烁调制指数；$x_{\max}$为最大测量信号；$x_{\min}$为最小测量信号。s(n) 是通过对测试视频序列的每一帧中ROI值求平均而生成的时间信号。\\ **闪烁检测指数（FDl，Flicker Detection Indicator）**\\ FDI（闪烁检测指数）是一个用于评估相机系统对脉冲光源（如PWM驱动的LED）闪烁的抑制或捕捉能力的量化指标。它是一个概率值（最高为1.0），反映了在拍摄的视频中，能够将闪烁光源与背景参考亮度清晰区分开来的帧数所占的比例。FDI越高，表示相机越容易“看见”闪烁的光源（闪烁抑制效果好）；FDI越低，则表示相机很难捕捉到闪烁（闪烁抑制效果差，可能导致光源看起来常亮）。\\ //测量FDI需遵循以下标准步骤：//\\ 1.定义最小对比度阈值（τ）：这是判断一帧中光源是否被成功“检测”到的门槛值。该标准推荐使用韦伯对比度，公式为：（测量信号 - 参考背景信号）/ 参考背景信号。具体阈值由应用场景决定，若特定相机应用未定义相关要求，IEEE 2020-2024 标准建议最小韦伯对比度为 20%。\\ 2.设置测试环境：确定要测试的LED闪烁频率和占空比。定义并报告测试设置的动态范围（即闪烁光源与参考“关闭”状态之间的亮度差）。\\ 3.采集数据：a.采集参考“背景/关闭”状态的图像或视频，以确定参考信号水平（x_refoff）。b.采集一段脉冲光（闪烁LED）的视频序列。\\ 4.计算与分析：\\ 对视频中的每一帧，计算闪烁光源区域的像素平均值（x_meas），并与参考信号水平（x_refoff）计算韦伯对比度。统计整个视频序列中，韦伯对比度超过预设阈值（τ）的帧数。\\ FDI计算公式：\\ FDI = （对比度超过阈值的帧数） / （视频总帧数）\\ 用数学表达公式为：\\ $$ FDI = Prob\left(\frac{x_{\mathrm{meas}} - x_{\mathrm{ref\,off}}}{x_{\mathrm{ref\,off}}} \geq \tau \right)$$ 其中， $FDI$ 是闪烁检测指数 ；$Prob$ 是概率 ； $x_{\mathrm{meas}}$ 是测量的flicker光源在不同频率下的亮度均值； $x_{\mathrm{ref\,off}}$ 是测量的OFF光源在不同频率下的亮度均值 ； $\tau$ 是闪烁对比度阈值 。 **调制减轻概率（MMP，Modulation Mitigation Probability）**\\ 调制缓解概率（MMP）是一个度量指标，针对给定的相机、LED 频率、占空比和相位角，它用于衡量在捕获的图像中，相机将光源信号在相对于参考信号电平的定义信号范围内重现的可能性。参考信号电平为被测光源信号电平的平均值。阈值 δ是一个关键参数，它定义了图像调制水平的可接受边界，该值的选择取决于相机的具体应用要求，如果应用没有特殊要求，本标准推荐默认使用 δ = 0.1。 其计算公式如下： $$\text{MMP} = \text{Prob}\left[ \overline{x_{\text{ref}}}(1-\delta) < x_{\text{meas}} < \overline{x_{\text{ref}}}(1+\delta) \right]$$ 其中，$\text{MMP} $是调制抑制概率； $\textbf{Prob} $是概率； $\textbf{$x_{\mathrm{meas}}$} $是测得的闪烁信号水平； $\textbf{$\overline{x_{\mathrm{ref}}}$} $是成像光源的平均信号水平；$\textbf{$\delta$}$ 是可接受的阈值水平。 **闪烁拍频（FBF，Flicker Beat Frequency)**\\ FBF 指的是相机系统捕获到的调制光源的频率。它是视频序列内的调制频率，而非物理光源本身的频率。若已知相机帧率和光源频率，可通过以下公式计算 FBF： $$FBF = \min\left[ \text{mod}(f_{\text{scene}}, f_{\text{camera}}), \text{mod}(-f_{\text{scene}}, f_{\text{camera}}) \right]$$ 其中，\( FBF \)为闪烁拍频 ；\( f_{\text{scene}} \) 为光源频率；\( f_{\text{camera}} \)为相机频率。 **反射闪烁（Reflectance flicker）KPIs：**\\ **闪烁调制指数（FMl，Flicker Modulation Index）**\\ $$FMI = 100 \frac{x_{\text{max}} - x_{\text{min}}}{x_{\text{max}} + x_{\text{min}}}$$ 其中：FMI为闪烁调制指数；$x_{\max}$为最大测量信号；$x_{\min}$为最小测量信号。该指标与发光闪烁FMI的计算原理本质一样。 **暗带高度（dark band height）**\\ “暗带” 的高度（即暗带的图像行数）仅适用于卷帘快门传感器。从对比度变化的中点开始测量。\\ 暗带高度可采用以下单位报告：a.图像行数；b.图像高度的百分比；c.输出显示器上的尺寸。\\ **亮带高度（light band height）**\\ ”亮带” 的高度（即亮带的图像行数）仅适用于卷帘快门传感器。从对比度变化的中点开始测量。\\ 亮带高度可采用以下单位报告：a.图像行数；b.图像高度的百分比；c.输出显示器上的尺寸。\\ {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:暗亮带.png?500 |}} **闪烁拍频（FBF，Flicker Beat Frequency)**\\ 光调制的时间频率，以赫兹（Hz）表示。 对于卷帘快门传感器，这是条带在图像中移动的速率。对于全局快门传感器，这是图像亮度随时间变化的频率。按惯例，正数表示观察者视角下条带在图像中向上或向右移动。 **边缘上升距离（edge rise distance）**\\ 暗带与亮带之间 10% 到 90% 的边缘上升距离。 建议测量Y、R、G和B颜色通道中的边缘上升时间，或相机的线性化原始输出。 **六、研鼎设备支持**\\ **[[https://yanding.com/product/detail?id=1830|MLB-HMC ADAS摄像头综合测试仪]]**\\ {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:mlb.png?|}} 该设备专为ADAS摄像头图像质量测试而设计，能够在复杂光照环境和不同运动条件下评估成像质量，可用于ADAS摄像头的CPI、Flicker（闪烁）、Motion（运动）测试。其专用的软件控制系统确保了测试条件的高度一致性，通过一次设置后便可导入脚本进行高效测量，适合摄像头的性能横向比较。 **[[https://yanding.com/product/detail?id=1932|RIQA-ADAS图像质量分析-ADAS模块]]**\\ *[[https://yanding.com/product/detail?id=1932|{{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:r2.png?500 |}}]] RIQA-ADAS是一款专为自动驾驶与车载摄像头开发的专业图像质量分析软件。其Flicker in\Flicker out模块的算法依据IEEE 2020-2024标准，可量化摄像头模组闪烁抑制能力。\\ **Flicker in**\\ | {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:in1.png?600 |}} |{{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:in2.png?600 |}} | **Flicker out**\\ | {{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:out1.png?600 |}} |{{ :yanding:成像质量评价:标准化测试:out2.png?600 |}} |