ARM9平臺下的CMOS圖像傳感器數據采集系統

引言

隨著CMOS(互補金屬氧化物半導體)技術的發(fā)展及市場需求的增加，CMOS圖像傳感器得以迅速發(fā)展。由于采用了CMOS技術，可以將像素陣列與外圍支持電路(如圖像傳感器核心、單一時鐘、所有的時序邏輯、可編程功能和A／D轉換器)集成在同一塊芯片上。與CCD(電容耦合器件)圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器將整個圖像系統集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功耗低、編程方便、易于控制等優(yōu)點，因此，CMOS圖像傳感器的應用已經變得越來越廣泛。

但是，目前市場上的大部分基于CMOS圖像傳感器的圖像采集系統都是采用DSP與圖像傳感器相連，由DSP來控制圖像傳感器，然后由DSP采集到圖像后再通過USB接口將圖像數據傳輸到PC機進行后續(xù)的處理。這樣的圖像采集系統成本較高，功耗大，而且體積上也有一定的限制，并不適合一些簡單的應用。

本文設計了一種基于S3C2410的CMOS圖像傳感器數據采集系統。該系統成本更為低廉、結構更為簡單、設計更為新穎。

1CMOS圖像傳感器結構性能及工作原理

該系統選用OmniVision公司的OV7141黑白CMOS數字圖像傳感器。OV7620是一款單片VGA模式黑白數字像機芯片，具有640×480=307200像素，最高可以30幀／s的速度輸出數字圖像數據。具有高靈敏度、寬動態(tài)范圍、抗開花、零光暈等特點，所有的圖像特性參數如曝光量、增益、白平衡、幀頻、輸出圖像數據格式、圖像時序信號極性、窗口大小及位置等，都可以通過SCCB接口進行設置，并可立刻生效。

OV7141的主要特性參數如下：圖像尺寸為3。6mm×2。7mm；像素尺寸為5。6μm×5。6μm；像素數為640×480像素(VGA)，320×240像素(QVGA)；信噪比>46dB；最小照度為3。0V／(Lux·s)；暗電流為30mV／s；動態(tài)范圍為62dB；電源為DC3。3V和DC2。5V；功耗為40mW(工作)，30μA(休眠)。

CMOS鏡像陣列的設計主要建立在逐行傳送的掃描場讀出系統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(或系統規(guī)則)則建立在整個圖(物)像亮度基礎之上。在景像(或布景)正常時，一般曝光都比較理想。但在景像光線不適當時，則應通過AEC(自動曝光控制)白／黑比調節(jié)來使其滿足應用要求。圖像采集窗口可以任意設定，數據輸出方式可以選擇逐行工作模式或隔行工作模式。OV7141內部嵌入了一個8位A／D轉換器，因而可以同步輸出8位的數字視頻流D[7…0]。在輸出數字視頻流的同時，還可提供像素同步時鐘PCLK，水平參考信號HREF以及幀同步信號VSYNC，以方便外部電路讀取圖像。像素數據輸出與PCLK、HREF、VSYNC的時序關系如圖1和圖2所示。

2S3C2410簡介

Samsung公司推出的16／32位RISC處理器S3C2410，為手持設備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。為了降低整個系統的成本，S3C2410提供了以下豐富的內部設備：分開的指令Cache和數據Cache，內帶MMU、LCD控制器(支持STNTFT)，支持NANDFlash系統引導，系統管理器(片選邏輯和SDRAM控制器)，3通道UART，4通道DMA(直接存儲器存取)，4通道PWM(脈寬調制)定時器，I／O端口，RTC，8通道10位A／D轉換器和觸摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主機，USB設備，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及內部PLL(鎖相環(huán))時鐘倍頻器。

3CMOS圖像傳感器與控制器接口電路設計

接口電路的設計主要應考慮CMOS圖像傳感器與控制器S3C2410的數據輸出電路接口、控制電路接口以及IIC總線接口。

3。1數據接口模塊

由于CMOS圖像傳感器的每一個成像單元像DRAM內存的存儲單元一樣被單獨編址，且OV7141內部嵌入了一個8位A／D轉換器，因而可以同步輸出8位的數字視頻流D[7…0]。因此，與其數據線連接就和DRAM一樣，將數據線和S3C2410的數據總線直接連接即可。線路連接如圖3所示。

但CMOS圖像傳感器也有與內存不同的地方：內存在計算機系統中總是作為一個從設備來對待，只有控制器對其進行讀寫操作時它才打開數據總線，其他時刻為斷開狀態(tài)(高阻態(tài))；而OV7141圖像傳感器一旦開始采集圖像數據，它根本不管系統中的主控制器是否對其進行讀寫操作，總是按照它自己的時序向其數據總線輸出數據，這樣就可能造成數據總線的沖突問題。為了避免這種總線沖突問題，需要在系統控制器的數據總線與OV7141圖像傳感器的數據總線之間接入一個具有三態(tài)功能的總線驅動器，該驅動器的使能端／OE由S3C2410的存儲器單元片選信號nGCS1來選通，這樣，控制器S3C2410對圖像傳感器的讀寫就如同讀寫內存一樣。