基于OV6630圖像傳感器和DSP的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　DSP是基于可編程超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門重要技術(shù)，DSP芯片的快速數(shù)據(jù)采集與處理功能以及片上集成的各種功能模塊為DSP應(yīng)用于各種場(chǎng)合提供了極大的方便。而CMOS圖像傳感器與CCD相比，由于CMOS圖像傳感器能將時(shí)序處理電路和圖像信號(hào)的前端放大與數(shù)字化部分集成　 于一個(gè)芯片內(nèi)，因而其發(fā)展一直受到業(yè)界的高度重視?，F(xiàn)在，隨著技術(shù)與工藝的發(fā)展，CMOS圖像傳感器不僅在噪聲上得到了有效改善，而且分辨率也得到了明顯提高。CMOS圖像傳感器將以其低廉的價(jià)格、實(shí)用的圖像質(zhì)量、高集成度和相對(duì)較少的功耗在視頻采集領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為此，本文提出了一種基于DSP和CMOS圖像傳感器，同時(shí)由復(fù)雜可編程邏輯控制芯片CPLD控制的實(shí)時(shí)圖像采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　圖1所示是該圖像采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖。由圖1可見(jiàn)，該圖像采集系統(tǒng)主要由OV6630圖像傳感芯片、CPLD控制模塊、SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、FLASH程序存儲(chǔ)器、DSP信號(hào)處理器等幾部分組成。其圖像采集芯片用美國(guó)Omni Vision公司開(kāi)發(fā)的彩色CMOS圖像傳感器OV6630，該芯片與傳統(tǒng)的CCD傳感器相比，其最明顯的優(yōu)勢(shì)是集成度高，功耗小，生產(chǎn)成本低，容易與其它芯片整合。該芯片將CMOS光感應(yīng)核與外圍支持電路集成在一起。由于其運(yùn)用了專有的傳感器技術(shù)，因而能夠消除普通的光電干擾。該芯片的像素陣列為352×288，即101376像素，還有4行、4列可供選擇。圖像數(shù)據(jù)的輸出有多種格式(YCrCb4：2：2，GRB4：2：2和RGB原始數(shù)據(jù)輸出格式)，本系統(tǒng)選用8通道Y輸出RGB原始數(shù)據(jù)輸出格式，以及逐行掃描的工作方式。其輸出格式為：

　　奇數(shù)掃描行BGBG……

　　偶數(shù)掃描行GRGR……

　　根據(jù)人眼對(duì)彩色響應(yīng)帶寬不高的大面積著色特點(diǎn)，每個(gè)象素沒(méi)有必要同時(shí)輸出3種顏色。因此，數(shù)據(jù)采樣時(shí)，奇數(shù)掃描行的第1，2，3，4，…象素分別采樣和輸出B，G，B，G，…數(shù)據(jù);偶數(shù)掃描行的第1，2，3，4，…象素分別采樣和輸出G，R，G，R，…數(shù)據(jù)。在實(shí)際處理時(shí)，每個(gè)象素的R，G，B信號(hào)由象素本身輸出的某一種顏色信號(hào)和相鄰象素輸出的其他顏色信號(hào)構(gòu)成。這種采樣方式在基本不降低圖像質(zhì)量的同時(shí)，可以將采樣頻率降低60%以上。

　　系統(tǒng)中的核心處理芯片選用TI公司的加強(qiáng)型定點(diǎn)DSP芯片TMS320VC5410A，該DSP的工作頻率可達(dá)160 MHz，內(nèi)部有64KBRAM空間可以靈活的映射為數(shù)據(jù)或程序存儲(chǔ)空間。由于DSP的內(nèi)部存儲(chǔ)空間有限，所以，本設(shè)計(jì)在外部擴(kuò)展了一大小為1 MB的SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器CY7C1021和256 K的FLASH程序存儲(chǔ)器SST39VF400A?？刂菩酒珻PLD選用Altera公司的MAX7000系列芯片EPM7128SLC84-15。該芯片包含84個(gè)I/O管腳、128個(gè)宏單元，每16個(gè)宏單元可組成一個(gè)邏輯陣列塊，工作電壓為5.0 V。該芯片在系統(tǒng)中處于總體時(shí)序控制地位，既用于給圖像傳感器芯片提供控制信號(hào)。也用于SRAM和FLASH的片選和讀寫控制，同時(shí)還負(fù)責(zé)LCD的顯示控制。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　當(dāng)系統(tǒng)配置完畢以后，便可以進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集與處理。在采集圖像的過(guò)程中，最主要的工作是判別一幀圖像數(shù)據(jù)的開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)刻。在仔細(xì)研究了OV6630輸出的同步信號(hào)(VSYNC是垂直同步信號(hào)、HREF是水平同步信號(hào)、PCLK是輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào))的基礎(chǔ)上。筆者用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了采集過(guò)程起始點(diǎn)的精確控制。圖2所示為圖像采集期間三個(gè)同步信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系圖。

　　圖2中，每一個(gè)幀同步信號(hào)VSYNC周期包含288個(gè)水平同步信號(hào)HREF脈沖，而每一個(gè)HREF周期包含352個(gè)PCLK時(shí)鐘脈沖，每一個(gè)PCLK時(shí)鐘可輸出一個(gè)RGB像素的視頻數(shù)據(jù)。