OV5017圖像傳感器芯片的性能及應(yīng)用

1 CMOS圖像傳感器的一般特征
　　
目前，CCD（電荷耦合器件）是主要的實(shí)用化固態(tài)圖像傳感器件，它具有讀取噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。但CCD技術(shù)難以與主流的CMOS技術(shù)集成于同一芯片之中。這樣，諸如定時(shí)產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)放大、自動(dòng)曝光控制、模數(shù)轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理等支持電路就不能與像素陣列做同一芯片上，以CCD為基礎(chǔ)的圖像傳感器難以實(shí)現(xiàn)單片一體化，因而具有體積大、功耗高等缺點(diǎn)。
　　
CMOS圖像傳感器是近向年發(fā)展較快的新型圖像傳感器，由于采用了相同的CMOS技術(shù)，因此可以將像素陣列與外圍支持電路集成在同一塊芯片上。實(shí)際上，CMOS圖像傳感器是一個(gè)較完成的圖像系統(tǒng)（Camera on Chip），通常包括：一個(gè)圖像傳感器核心、單一時(shí)鐘、所有的時(shí)序邏輯、可編程功能和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。與CCD相比，CMOS圖像傳感器將整個(gè)圖像系統(tǒng)集成在一塊芯片上，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）體積小、重量輕、功耗低；

（2）編程方便、易于控制；

（3）平均成本低。

2 OV5017的性能與特點(diǎn)

2.1 OV5017的基本性能
　　
OV5017是美國(guó)OmniVision公司開(kāi)發(fā)的CMOS黑白圖像傳感器芯片，該芯片將CMOS光感應(yīng)核與外圍支持電路集成在一起，具有可編程控制與視頻模/數(shù)混合輸出等功能，其輸出的視頻為黑白圖像，與CCIR標(biāo)準(zhǔn)兼容。

OV5017芯片的基本參數(shù)為：
　　
(1)圖像尺寸4.2mm×3.2mm，像素尺寸11μm×11μm;
　　
(2)信噪比SNR>42dB;
　　
(3)幀頻50時(shí)，最小照度為0.5lux@f1.4；
　　
(4)幀頻50時(shí)，峰值功耗小于100mW。
　　
OV5017輸出模擬視頻信號(hào)，格式為逐行掃描。OV5017內(nèi)部嵌入了一個(gè)8bit的A/D，因而可以同步輸出8位的數(shù)字視頻流D[7…0]。在輸出數(shù)字視頻流的同時(shí)，還提供像素時(shí)鐘PCLK、水平參考信號(hào)HREF、垂直同步信號(hào)VSYNC，便于外部電路讀取圖像。
　　
OV5017的像素陣列為384×288，分為16×16的子塊，每個(gè)子塊大小為24×18，可以在整個(gè)圖像的局部開(kāi)窗，輸出窗口中的圖像。

2.2 OV5017的編程功能
　　
OV5017具有豐富的編程控制功能，其圖像幀頻、曝光時(shí)間、增益控制、Gamma校正、圖像開(kāi)窗等均可通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部寄存器的讀寫(xiě)進(jìn)行設(shè)置，數(shù)字視頻流的輸出也必須通過(guò)對(duì)寄存器讀取才能實(shí)現(xiàn)。
　　
芯片內(nèi)部有11個(gè)8位寄存器，通過(guò)對(duì)地址線(xiàn)A[3..0]的設(shè)置來(lái)選擇寄存器，通過(guò)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)線(xiàn)[7..0]來(lái)讀取或設(shè)置寄存器。在對(duì)寄存器進(jìn)行讀（或?qū)懀?br />時(shí)，應(yīng)使片選CSB與輸出使能OEB（或定使能WEB）有效。

地址號(hào)10xx的寄存器為視頻數(shù)據(jù)端口，它是只讀的，當(dāng)選中并讀取它時(shí)，芯片向外輸出數(shù)據(jù)視頻流。

地址號(hào)0000的寄存器為狀態(tài)寄存器，它是只讀的，反映芯片的某些狀態(tài)。

地址號(hào)0001的寄存器為幀控制寄存器，它是只寫(xiě)的，用于控制幀與行的同步信號(hào)。

地址號(hào)0010的寄存器為曝光控制寄存器，它是讀寫(xiě)的，可選擇自動(dòng)曝光，也可選擇手工曝光。曝光時(shí)間控制在1幀至1/100幀之間。

地址號(hào)0011的寄存器為增益控制寄存器，它是讀寫(xiě)的，當(dāng)手工曝光時(shí)，增益控制在0～18dB之間。

地址號(hào)0100的寄存器為幀頻控制寄存器，它是讀寫(xiě)的，幀頻控制在50～0.5fps之間。
　　
地址號(hào)0101的寄存器為雜項(xiàng)控制寄存器，它是讀寫(xiě)的，負(fù)責(zé)設(shè)置Gamma校正、圖像象、背景光補(bǔ)償、圖像銳化等功能。
　　
地址號(hào)0110與0111的寄存器為窗口控制寄存器，它們均是讀寫(xiě)的，負(fù)責(zé)設(shè)置窗口的水平尺寸、水平位置、垂直尺寸、垂直位置，以確定圖像中的一個(gè)窗口。