基于高分辨率CMOS傳感器圖像采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，原來(lái)CMOS圖像傳感器比CCD噪聲大的特點(diǎn)得到大大改善，并且以其成本低、功耗低、單一工作電壓、集成AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)字形式數(shù)據(jù)輸出、圖像大小可編程控制等優(yōu)點(diǎn)，在攝像頭、微型數(shù)碼照相機(jī)、掃描儀、手機(jī)、可視電話、視頻會(huì)議等眾多領(lǐng)域應(yīng)用。但要將CMOS的圖像采集到DSP芯片中的硬件設(shè)計(jì)成本較高，實(shí)現(xiàn)難度較大?，F(xiàn)階段，比較多的方案是采用帶視頻控制器的DSP芯片，如TI6000系列中帶有3個(gè)VPO接口的TMS320DM642和ADI公司帶PPI接口的Blackfin處理器。很多低價(jià)通用的DSP如TI55x系列和67x系列的DSP，與CMOS圖像傳感器都沒(méi)有直接接口，需要設(shè)計(jì)硬件電路。本文便是針對(duì)這種低價(jià)通用的DSP，提出的一種低成本的采集方案。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于大部分DSP都有與SDRAM、Flash、SRAM、FIFO等存儲(chǔ)器接口的EMIF接口，而沒(méi)有直接與CMOS/CCD固體圖像傳感器接口的控制器。所以采用CPLD作為圖像傳感器到FIFO以及FIFO到DSP的一個(gè)時(shí)序協(xié)調(diào)控制器。同時(shí)由于圖像傳感器的像素時(shí)鐘PIXCLK很高，最高可以達(dá)到48MHz,固體圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)量大，而FIFO的容量有限，一般都是幾K、幾十K字節(jié)，對(duì)于高像素的圖像來(lái)說(shuō)，F(xiàn)IFO只能充當(dāng)線緩沖的作用，要作為幀緩沖，除非系統(tǒng)對(duì)速度要求很高，否則成本太高。由于采集到DSP中的圖像數(shù)據(jù)量很大，靠寫(xiě)文件的方式來(lái)驗(yàn)證采集的數(shù)據(jù)非常慢，所以本系統(tǒng)采用GPIO設(shè)計(jì)了一個(gè)SD卡的控制器，通過(guò)寫(xiě)B(tài)MP文件，對(duì)采集的圖像進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于DSP采用何種方式去讀取FIFO中的圖像數(shù)據(jù)。很多方案中都是啟動(dòng)EDMA讀取FIFO中的圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)FIFO半滿時(shí)中斷DSP啟動(dòng)EDMA讀取數(shù)據(jù)，這樣對(duì)FIFO讀時(shí)鐘的頻率要求很高，需要讀時(shí)鐘為寫(xiě)時(shí)鐘的2倍。但這種方案存在問(wèn)題，即FIFO時(shí)鐘的選擇問(wèn)題。EMIF口的在EDMA啟動(dòng)的過(guò)程中都是一些不穩(wěn)定不規(guī)則的負(fù)脈沖信號(hào)，難以選擇作為FIFO的讀時(shí)鐘。這種采用EDMA的方案在TMS320DM642中可行，因?yàn)門(mén)MS320DM642能與FIFO無(wú)縫連接。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 硬件電路圖
本系統(tǒng)硬件連接如圖2所示，所采用的圖像傳感器型號(hào)是MT9T001，它是一款主要針對(duì)數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域的CMOS圖像傳感器。與其他的CMOS圖像傳感器相比，MT9T001有以下明顯的特點(diǎn)：

(1)像素大小可以通過(guò)IIC接口改變相應(yīng)寄存器進(jìn)行硬件裁剪。
(2)高的幀速，輸出為QXGA分辨率(2 048×1 536）時(shí)，可以達(dá)到12f/s，而輸出為VGA分辨率（320×240）時(shí)，有93f/s。
(3)高性能的低照度成像性能。
(4)具有AF對(duì)焦窗口的圖像輸出格式，如圖3所示，(2 048×512)時(shí)，可以達(dá)到30f/s。