滨松sCMOS相机的外触发(Trigger)和同步功能的基础介绍

| 1. 基本概念介绍

1.1. Rolling Shutter（卷帘曝光）

当今市面上主流的中高端sCMOS相机均采用卷帘曝光（Rolling Shutter）读出模式。此读出模式与外触发和同步功能联系紧密，所以我们首先介绍Rolling Shutter读出模式的基本情况。

简单的说，sCMOS面阵相机有许多行像素：相机拍照时，每行像素的曝光时间是一致的，但相邻两行之间的曝光开始时间会有相对的延迟。以滨松FusionBT sCMOS相机的高速模式为例，如果设置曝光时间为10 ms，那么第k行和第k+1行像素的曝光时间都是10 ms；但第k+1行像素会比第k行像素晚4.87 us开始曝光；所以，第k行像素的曝光时间范围是从0.00000 ms-10.00000 ms；而第k+1行像素的曝光时间范围是从0.00487 ms-10.00487 ms。

这种模式就称为Rolling Shutter读出模式。

1.2. 相机外触发功能相关的电平信号

实际使用中，为了让相机的拍照行为和其他硬件（如电动平台）进行同步，除了通过软件命令，还可以通过电平信号（如TTL电平信号，LVCMOS电平信号等）在不同硬件之间进行沟通。相机既可以接收电平信号，也可以输出电平信号。

粗略的说，电平信号有两个状态——高电平和低电平（如下图）；通过高低电平变换所传递的信息，相机就可以与其他硬件进行沟通。其中有些参数简介如下：

电平信号高低电平的电压差。不同相机的要求不完全相同，需要参考Instruction Manual；对于滨松sCMOS相机，一般为3.3 V。

相机等硬件一般会用到以下几类信号：（1）上升沿和下降沿，指的是高低电平变换时的电压突变；（2）电平的持续时间。在External Level Trigger等模式中会用得到（参考1.4节的介绍）。

1.3. External trigger mode & Trigger Output

在相机和其他硬件的同步中：相机既可以对接收到的电平信号进行各种响应；也可以输出各种电平信号给其他硬件。

滨松sCMOS相机均有一个端口用于接收电平信号（如下图的EXT.TRIG.端口）。相机可以设置多种模式（External Trigger Mode），不同模式对同样一个电平信号的响应并不一样。详细请参考”External Trigger Mode的几个基本模式“。

滨松sCMOS相机一般有1-3个端口（如下图的TIMING端口）用于输出电平信号，我们可以为每一个输出端口设置独立的输出信号。具体可以设置的类型和参数请参考”Trigger Output的几个基本类型和参数“。

1.4. External trigger mode的几个基本模式

与External Trigger Mode相对的概念是Internal Mode。在Internal Mode中，相机只听软件的命令，软件说拍照，相机就开始拍照；而在External Trigger Mode中，相机先需要软件下达命令，进入”预备状态“；然后等到电平信号通过EXT.TRIG.端口输入时，相机再根据设置的External Trigger Mode进行对应的拍照。打个比方，External Trigger Mode模式下的相机拍照，就像时田径比赛的起跑——软件下命令可以比作裁判的”预备“口号；电平信号的输入则是”跑！“或者发令枪响。

滨松sCMOS相机的External Trigger Mode主要有如下几个基本类型（并非全部，具体型号的情况请参考对应的Instruction Manual）。

1.4.1. Start Trigger Mode.相机接收到电平信号的上升沿（或下降沿，取决于设置）之后，按照预设的曝光时间和拍照帧数进行连续拍摄。

1.4.2. External Edge Trigger Mode.相机每接收到1个电平信号的上升沿（或下降沿，取决于设置），就按照预设的曝光时间拍摄1张图片。

1.4.3. External Level Trigger Mode.相机每接收到1个电平信号，就拍摄1张图片；曝光时间取决于电平信号的宽度。相机接收到电平信号的上升沿（或下降沿，取决于设置）时开始曝光；接收到同一个信号的下降沿（或上升沿，取决于设置）时，结束本张图片的曝光。

1.4.4. Synchronous Readout Trigger Mode.相机接收到第1个信号的上升沿（或下降沿，取决于设置）时，第1张图像开始曝光；接收到第2个信号的上升沿（或下降沿，取决于设置）时，第1张图像停止曝光，同时第2张图像开始曝光。以此类推。

1.5. Trigger Output的几个基本类型和参数

1.5.1. Global Exposure Timing Output.对于同一帧图片，当所有像素都在曝光时，端口输出高电平（或低电平，取决于设置）。

1.5.2. Trigger Ready output.当相机可以对EXT.TRIG.端口能够接收到的信号做响应时，端口输出高电平（或低电平，取决于设置）。举个案例，对于External Edge Trigger Mode，第1个信号来的时候，相机会按照设置的曝光时间——比如10 ms——进行曝光；但如果第2个信号在第1个信号之后5 ms到来，相机由于第1张图像没有曝光结束，所以实际上不会对第2个信号做任何响应；对应状况下，我们可以考虑让相机输出Trigger Ready Output信号给其他硬件做参考，当且仅当相机输出Trigger Ready Output信号的时候，相机才能够响应下一个电平信号。

1.5.3. Programmable Timing Output.以每张图像曝光过程中的一些特定时间点作为参考点，从端口输出电平信号，可以设置电平宽度（width）和相对参考点的滞后时间（delay）。不同相机、不同拍照模式可用的参考点可能会有所区别，具体参考对应型号的Instruction Manual。下图为一款特定型号的说明示意图，供理解。

1.5.4. High output 和 Low output.电平信号有高电平和低电平两个状态，当端口设置为High Output或者Low Output时，端口会持续输出高电平或者低电平。

| 2. HCimage Live中的设置和使用

Hcimage Live是滨松相机的免费软件，拥有齐全的相机控制功能。下图所示为HCimage Live中External Trigger Mode和Trigger Output相关设置的位置。更多解释请参考文件《滨松Flash 4.0系列相机的Trigger和同步功能在HCimage Live中的设置》；
此文件为针对Flash 4.0系列sCMOS相机制作，但其他滨松sCMOS相机的相关模式基本一致，详细细节信息可参考Instruction Manual。

以滨松Flash 4.0 sCMOS相机为例，着重介绍在HCimage Live软件中与外触发和同步相关的各项设置，重点在于展示软件中的参数设置都在哪里；部分设置的含义在本文档中会直接说明，但对于技术细节或者比较复杂的概念，文档将会提示相关内容在Instruction Manual中的哪些条目下面有。

| 3. 外触发和同步功能的软件二次开发简介

关于滨松sCMOS相机的软件二次开发介绍和资源下载，请参考：《基于DCAMAPI的滨松探测器软件二次开发》。

对于External Trigger Mode以及Trigger Output的设置方法，请参考下面的Demo Code。

 

滨松sCMOS相机外触发模式设置及外触发输出端口设置的演示代码

C/C++代码。

　　审核编辑：汤梓红