摘要：1963年Morrison發(fā)表了可計(jì)算傳感器，這是一種可以利用光導(dǎo)效應(yīng)測(cè)定光斑位置的結(jié)構(gòu)，成為CMOS圖像傳感器發(fā)展的開(kāi)端。1995年低噪聲的CMOS有源像素傳感器單片數(shù)字相機(jī)獲得成功。文章發(fā)表在《計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)》上，是電子工程師論文發(fā)表范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：CMOS圖像傳感器,ov9120原理

　　圖像傳感器一個(gè)直觀的性能指標(biāo)就是對(duì)圖像的復(fù)現(xiàn)的能力。而象素陣列就是直接關(guān)系到這一指標(biāo)的關(guān)鍵的功能模塊。按照像素陣列單元結(jié)構(gòu)的不同，可以將像素單元分為無(wú)源像素單元PPS(passive pixel schematic)，有源像素單元APS(activepixel schematic)和對(duì)數(shù)式像素單元，有源像素單元APS又可分為光敏二極管型APS、光柵型APS.

　　1.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1　概述隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展及市場(chǎng)需求的增加，CMOS圖像傳感器得以迅速發(fā)展。

　　2 引腳功能OV9120采用48腳LCC封裝，其引腳排列如圖1所示。

　　3 結(jié)構(gòu)性能及工作原理

　　3.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)OV9120內(nèi)置1312×1036分辨率的鏡像陣列、10位A/D轉(zhuǎn)換器、可調(diào)視頻窗、SCCE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2所示。

　　3.2 性能特點(diǎn)OV9120是135萬(wàn)像素(1312×1036)、1/2英寸的CMOS圖像傳感芯片，它采用SXGA/VGA格式，最大幀速率可達(dá)到30幀/s(VGA)，該芯片將CMOS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。OV9120芯片的基本參數(shù)如下●圖像尺寸:6.66mm×5.32mm，像素尺寸，5.2μm×5.2μm;●信噪比>54dB;●增益調(diào)整范圍:0～24dB;●SXGA輸出時(shí)，陣列大小為1280×1024，VGA輸出時(shí)，陣列大小為640×480;●供電電源電壓為直流3.3V和2.5V;●暗電流: 28mV/s;●動(dòng)態(tài)范圍:60dB。

　　3.3 工作原理CMOS鏡像陣列的設(shè)計(jì)主要建立在逐行傳送的掃描場(chǎng)讀出系統(tǒng)和帶同步像素讀出電路的電子快門(mén)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(guò)自動(dòng)曝光控制(AEC)白/黑比調(diào)節(jié)來(lái)使其滿足應(yīng)用要求。

　　OV9120內(nèi)部嵌入了一個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器，因而可以同步輸出10位的數(shù)字視頻流D[9..0]。在輸出數(shù)字視頻流的同時(shí)，還可提供像素同步時(shí)鐘PCLK、水平參考信號(hào)HREF以及垂直同步信號(hào)VSYNC，以方便外部電路讀取圖像。

　　ZV端口就是相機(jī)(鏡頭)的焦距調(diào)節(jié)視頻端口。OV9120的ZV功能能使相機(jī)透鏡變焦而急速移向(或移離)目標(biāo)。OV9120可利用外部主導(dǎo)機(jī)構(gòu)(master device)設(shè)定曝光時(shí)間。當(dāng)FREX被置位于1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)。

　　SCCB的接口有SCCE 、SIO_C 、SIO_D三條引線，其中SCCE是串行總線使能信號(hào)，SIO_C是串行總線時(shí)鐘信號(hào)，SIO_D是串行總線數(shù)據(jù)信號(hào)。SCCB對(duì)總線功能的控制完全是依靠SCCE、SIO_C、SIO_D三條總線上電平的狀態(tài)以及三者之間的相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。控制總線規(guī)定的條件如下：當(dāng)SCCE由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)始。

　　黑白cmos圖像傳感器ov9120的原理及應(yīng)用 :

　　4 OV9120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OV9120圖像傳感芯片、CPLD控制模塊、RAM存儲(chǔ)器、DSP信號(hào)處理器、晶振電路等幾部分組成。在本系統(tǒng)中，OV9120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(chǔ)器。

　　CPLD作為采集系統(tǒng)核心控制邏輯的主控模塊，可用來(lái)協(xié)調(diào)其它各模塊的工作。OV9120的SCCB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SCCB總線將OV9120配置完畢后，才能進(jìn)行圖像采集工作。OV9120采集得到的圖像數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)到SRAM中以供DSP使用，從而完成圖像采集系統(tǒng)與DSP識(shí)別系統(tǒng)之間的交互操作。其系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

　　HREF為高電平期間，系統(tǒng)共傳輸1280位數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)：在一幀圖像中，即VSYNC為低電平期間，HREF會(huì)出現(xiàn)1024次高電平。而下一個(gè)VSYNC信號(hào)上升沿的到來(lái)則表明分辨率1280×1024的圖像采集過(guò)程的結(jié)束。實(shí)現(xiàn)采集的軟件設(shè)計(jì)可在MAX+plusII環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)的主要工作是CPLD對(duì)OV9120的配置。

　　在開(kāi)始充電時(shí)，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。CPLD的全局時(shí)鐘可用24MHz的晶振電路產(chǎn)生。配置時(shí)首先配置SCCB，配置完畢后將SCCE置1。當(dāng)接收到DSP的開(kāi)始采集信號(hào)后，根據(jù)同步信號(hào)的狀態(tài)來(lái)判定是否開(kāi)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SRAM。當(dāng)DSP接收到CPLD的讀取信號(hào)后，即可開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)。

　　核心電子期刊論文發(fā)表：《計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)》雜志是學(xué)術(shù)性通信刊物。介紹國(guó)內(nèi)外無(wú)線與有線通信領(lǐng)域和廣播電視專業(yè)等方面最新科研成果、新技術(shù)、新產(chǎn)品和新動(dòng)態(tài)，交流國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、科研和使用部門(mén)的經(jīng)驗(yàn)。