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1、黑白cmos圖像傳感器ov9120的原理及應(yīng)用 摘要：本文闡述了CMOS圖像傳感器的一般特征，詳細(xì)介紹了黑白CMOS圖像傳感器芯片OV9120的性能、特點(diǎn)及工作原理，給出了OV9120在圖像采集處理中的具體應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵詞：CMOS圖像傳感器；OV9120；圖像采集概述隨著技術(shù)的發(fā)展及市場需求的增加，圖像傳感器得以迅速發(fā)展。圖像傳感器具有高度集成化、成本低、功耗低、單一工作電壓、局部像素可編程、隨機(jī)讀取等優(yōu)點(diǎn)，適用于超微型數(shù)碼相機(jī)、便攜式可視電話、機(jī)電腦眼、可視門鈴、掃描儀、攝像機(jī)、安防監(jiān)控、汽車防盜、機(jī)器視覺、車載電話、指紋識別、手機(jī)等圖像領(lǐng)域。本文介紹的是由美國技術(shù)公司生產(chǎn)的黑白圖像傳感

2、器，它采用獨(dú)特的傳感器專利工藝技術(shù)和先進(jìn)的算法（）解決了先前感光器件固定圖像噪聲（）的限制。因而可廣泛應(yīng)用于數(shù)字靜止攝像、視頻會(huì)議、視頻電話、計(jì)算機(jī)視覺、生物測量等領(lǐng)域。 引腳功能采用腳封裝，其引腳排列如圖所示。 結(jié)構(gòu)性能及工作原理 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)置分辨率的鏡像陣列、位轉(zhuǎn)換器、可調(diào)視頻窗、接口、可編程幀速率控制、可編程自動(dòng)曝光增益控制、內(nèi)外幀同步、亮度均衡計(jì)數(shù)器、數(shù)字視頻端口、定時(shí)產(chǎn)生器、黑電平校準(zhǔn)及白平衡控制等電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。 性能特點(diǎn)是萬像素（）、英寸的圖像傳感芯片，它采用格式，最大幀速率可達(dá)到幀（），該芯片將光感應(yīng)核與外圍輔助電路集成在一起，同時(shí)具有可編程控制功能。芯片的基本參數(shù)如

3、下圖像尺寸:，像素尺寸，；信噪比；增益調(diào)整范圍:；輸出時(shí)，陣列大小為，輸出時(shí)，陣列大小為；供電電源電壓為直流和；暗電流: ；動(dòng)態(tài)范圍:。 工作原理鏡像陣列的設(shè)計(jì)主要建立在逐行傳送的掃描場讀出系統(tǒng)和帶同步像素讀出電路的電子快門之上。而電子曝光控制算法（或系統(tǒng)規(guī)則）則建立在整個(gè)圖（物）像亮度基礎(chǔ)之上。在景像（或布景）正常時(shí)，一般曝光都比較理想。但在景像光線不適當(dāng)時(shí)，則應(yīng)通過自動(dòng)曝光控制（）白黑比調(diào)節(jié)來使其滿足應(yīng)用要求。對于格式的輸出，圖像傳感器的視窗尺寸范圍從到，而對于格式的輸出，視窗范圍則從到，同時(shí)可以在內(nèi)部邊界內(nèi)的任何地方定位。變動(dòng)窗口尺寸或位置不會(huì)使幀速（或數(shù)據(jù)速率）發(fā)生變化。幀速可通過主時(shí)

4、鐘下行（）、插入垂直同步定時(shí)、或采用跳讀技術(shù)的格式使其發(fā)生變動(dòng)。內(nèi)部嵌入了一個(gè)位轉(zhuǎn)換器，因而可以同步輸出位的數(shù)字視頻流。在輸出數(shù)字視頻流的同時(shí)，還可提供像素同步時(shí)鐘、水平參考信號以及垂直同步信號，以方便外部電路讀取圖像。 端口就是相機(jī)（鏡頭）的焦距調(diào)節(jié)視頻端口。的功能能使相機(jī)透鏡變焦而急速移向（或移離）目標(biāo)?？衫猛獠恐鲗?dǎo)機(jī)構(gòu)（ ）設(shè)定曝光時(shí)間。當(dāng)被置位于時(shí)，像素陣列被迅速充電，傳感器保持為高以拍攝圖像（或物像）。在轉(zhuǎn)換到時(shí)，視頻數(shù)據(jù)流（ ）用逐行讀出方式交付到輸出端口。當(dāng)數(shù)據(jù)從視頻輸出端輸出時(shí)，應(yīng)特別注意防止圖像陣列曝光影響拍攝圖像數(shù)據(jù)的完整性。與畫面曝光速率同步化的自動(dòng)快門能夠?qū)⑦@種影響降

5、到最小程度。當(dāng)?shù)哪_拉高至?xí)r，全部硬件將復(fù)位。同時(shí)將清除全部寄存器，并復(fù)位到它們的默認(rèn)值。實(shí)際上，也可以通過接口觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。由于端口能夠訪問內(nèi)部所有寄存器，所以，的內(nèi)部配置可以通過串行控制端口來進(jìn)行。的接口有 、 、三條引線，其中是串行總線使能信號，是串行總線時(shí)鐘信號，是串行總線數(shù)據(jù)信號。對總線功能的控制完全是依靠、三條總線上電平的狀態(tài)以及三者之間的相互配合來實(shí)現(xiàn)的?？刂瓶偩€規(guī)定的條件如下：當(dāng)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，數(shù)據(jù)傳輸開始。當(dāng)由低電平轉(zhuǎn)化為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。為了避免傳送無用的信息位，可分別在傳輸開始之前和傳輸結(jié)束之后將設(shè)置為高電平。在數(shù)據(jù)傳輸期間，始終保持低電平，此時(shí)，上的數(shù)據(jù)傳輸

6、由來控制。當(dāng)為低電平時(shí)，上的數(shù)據(jù)有效，為穩(wěn)定數(shù)據(jù)狀態(tài)。而當(dāng)上每出現(xiàn)一正脈沖時(shí)，系統(tǒng)都將傳送一位數(shù)據(jù)。有兩種工作方式：主模式和從模式。主模式下，作為主導(dǎo)設(shè)備，此時(shí)上的外部晶振輸入經(jīng)過內(nèi)部分頻后可得到信號。當(dāng)采集到圖像后，在的下降沿到來時(shí)，系統(tǒng)便可依次將像素值輸出，此時(shí)外部只是被動(dòng)的接收信號。而在從模式下，則可作為從屬設(shè)備，此時(shí)不能與外部晶振相接，但可以受外部器件，也就是主設(shè)備信號的控制。即由主導(dǎo)設(shè)備發(fā)送一個(gè)時(shí)鐘信號，并在此信號的同步下依次發(fā)送像素值。 黑白cmos圖像傳感器ov9120的原理及應(yīng)用 : 在圖像采集系統(tǒng)中的應(yīng)用整個(gè)圖像采集系統(tǒng)主要由圖像傳感芯片、控制模塊、存儲器、信號處理器、晶振電

7、路等幾部分組成。在本系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)的圖像傳感器，首先在其內(nèi)部將獲取的圖像采樣量化，然后在外部邏輯的控制下輸出數(shù)字圖像，并存入圖像存儲器。作為采集系統(tǒng)核心控制邏輯的主控模塊，可用來協(xié)調(diào)其它各模塊的工作。的總線參數(shù)配置是整個(gè)控制邏輯模塊執(zhí)行的起點(diǎn)，只有利用總線將配置完畢后，才能進(jìn)行圖像采集工作。采集得到的圖像數(shù)據(jù)可存儲到中以供使用，從而完成圖像采集系統(tǒng)與識別系統(tǒng)之間的交互操作。其系統(tǒng)原理圖如圖所示。系統(tǒng)上電后，應(yīng)首先對圖像采集芯片進(jìn)行初始化，以確定采集圖像的開窗位置、窗口大小和黑白工作模式等。這些參數(shù)均受內(nèi)部相應(yīng)寄存器值的控制。由于內(nèi)部寄存器的值可以通過芯片上提供的串行控制總線接口來存取，所以，

8、就可以通過控制總線來完成參數(shù)的配置。配置的具體方法可采用三相寫數(shù)據(jù)的方式，即在寫寄存器過程中先發(fā)送的地址，然后發(fā)送寫數(shù)據(jù)的目地寄存器地址，接著是要寫的數(shù)據(jù)。如果連續(xù)給寄存器寫數(shù)據(jù)，那么，寫完一個(gè)寄存器后，會(huì)自動(dòng)把寄存器地址加，然后在程序控制下繼續(xù)向下寫，而不需要再次輸入地址，這樣，三相寫數(shù)據(jù)就變成了兩相寫數(shù)據(jù)。由于本系統(tǒng)只需對有限個(gè)不連續(xù)寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，而對全部寄存器都加以配置會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間和資源，所以，可以只對需要更改數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行寫數(shù)據(jù)。而對于每一個(gè)變化的寄存器，則都采用三相寫數(shù)據(jù)的方法。系統(tǒng)配置完畢后，將進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集。在采集圖像的過程中，最主要的是判別一幀圖像數(shù)據(jù)的開始和結(jié)

9、束時(shí)刻。在仔細(xì)研究了輸出同步信號（是垂直同步信號、是水平同步信號、是輸出數(shù)據(jù)同步信號）的基礎(chǔ)上，用語言便可實(shí)現(xiàn)采集過程起始點(diǎn)的精確控制。的上升沿表示一幀新的圖像的到來，下降沿則表示一幀圖像數(shù)據(jù)采集的開始（圖像傳感器是按列采集圖像的）。是水平同步信號，其上升沿表示一列圖像數(shù)據(jù)的開始。是輸出數(shù)據(jù)同步信號。為高電平即可開始有效地?cái)?shù)據(jù)采集，而下降沿的到來則表明數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，每出現(xiàn)一個(gè)下降沿，系統(tǒng)便傳輸一位數(shù)據(jù)。為高電平期間，系統(tǒng)共傳輸位數(shù)據(jù)。也就是說：在一幀圖像中，即為低電平期間，會(huì)出現(xiàn)次高電平。而下一個(gè)信號上升沿的到來則表明分辨率的圖像采集過程的結(jié)束。實(shí)現(xiàn)采集的軟件設(shè)計(jì)可在環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)的主要工

10、作是對的配置。在開始充電時(shí)，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。的全局時(shí)鐘可用的晶振電路產(chǎn)生。配置時(shí)首先配置，配置完畢后將置。當(dāng)接收到的開始采集信號后，根據(jù)同步信號的狀態(tài)來判定是否開始采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)的同時(shí)可將數(shù)據(jù)送往。當(dāng)接收到的讀取信號后，即可開始讀取數(shù)據(jù)，并在中完成圖像的處理。采集處理的部分主程序如下：（_,) _ _；（ ）_ : (,) : (_ ) :( ) (_ ) : : :(_,) : ( _ : ( ） ； ：； ； ； ； ；： （，） ：_( ) ： ； ： ；（ ） ；：； ：；（ ） ；： ：； ：； ：； ； ：； ：； ：； ：； ：； ：； ：； ： ；：；（）； ； ； ； ：；（ ）：（ ）；（）； ； ； ； ； ； ；黑白cmos圖像傳感器ov9120的原理及應(yīng)用 :