基于影像传感器MT9M111的视频采集系统

出处:赤铸 发布于:2007-04-17 14:57:09

CMOS是图像采集系统普遍存在图像质量问题,如果没有对图像进行专门的处理,则图像质量难以保障。

近些年来,随着SoC技术的快速发展,在图像采集和处理领域,出现了SoC影像传感器,它集成CMOS传感器和图形处理器功能,可以得到令人非常满意的图像质量。本文设计的视频采集系统采用了SoC成像芯片MT9M111和USB2.0接口芯片CY7C68013。

系统结构

本系统的原理框图如所示,当图像传感器开始工作后,先将采集到的数据通过FPGA控制逻辑存储到SRAM1中,一帧图像的采集/存储过程结束后SRAM1进入写结束状态,此时切换SRAM,SRAM2继续存储采集到的数据,同时,SRAM1处于可读状态,由FPGA里的控制逻辑控制,将SRAM1中的数据传输到USB芯片,然后传输到主机,本系统采用双SRAM结构和乒乓机制,两片存储器交替工作,使图象的采集和传输并行进行,双帧存结构不仅提高了系统的速度,而且,由于在FPGA里实现各种图像处理的算法大都需要比较大的存储空间,所以两个大容量SRAM在实现算法时可以充当外部缓存。

MT9M111

本系统采用美光公司推出的集成CMOS传感器和图形处理器的SoC产品MT9M111。MT9M111是低功耗、低成本渐进扫描CMOS图像传感器;130万像素分辨率(1280H×1024V);1/3英寸光学格式;全分辨率15fps的功耗为170mW,VGA分辨率30fps的功耗为90mW,MT9M111采用低漏电DRAM工艺,配备了美光的DigitalClraity技术,即使在差的光照条件下也能提供清晰明亮的彩色图像。MT9M111具有该低的暗电流,并降低了色度/亮度干扰和瞬间噪声。MT9M111的嵌入可编程图像流处理器提供的功能包括色彩恢复和修补、自动曝光、白平衡、镜头阴影修正、增加清晰度、可编程灰度修正、黑暗电平失调修正、闪烁避免、连续调整滤波尺寸、平滑的数字变焦、快速自动曝光模式和不工作时缺陷修正等。而且,还配备了两线串行接口,USB芯片可以通这两线串口对其进行配置。

IS61WV20488

与图像处理有关的SRAM参数主要是SRAM的读写速度和容量。在容量方面,本系统采集图像的分辨率为1280×1024,数据宽度为8位,2M×8bit的SRAM可以满足存放一帧图像数据的要求,SRAM的读写速度一般为12ns、15ns、20ns或者更慢,由于SRAM的读写速度直接影响整个图像处理系统的时钟,所以SCAM的读写速度越快越好。本系统用ISSI公司的IS61WV20488,芯片容量为2M×8bit。

CY7C68013

图像数据传输部分采用Cypress公司推出的专门用于USB2.0的接口芯片CY7C68013。该芯片包括带815kB片上RAM的增强性8051处理器(与标准8051系列兼容,速度提高3-5倍),4kB FIFO存储器和通用可编程接口I2C总线、串行接口引擎(SIE)以及USB2.0收发器。

系统软/硬件设计

系统软/硬件设计由3部分构成:图像采集/存储模块、图像传输模块和USB驱动/主机应用程序模块。

图像采集/存储模块

该模块主要由FPGA的控制逻辑将成像芯片MT9M111采集到的图像数据实时地传送到SRAM中,在系统中采用双帧存结构,每个由一片IS61WV20488 SRAM构成,能够存放一帧1280×1024分辨率的图像数据。由于采用了乒乓机制,两片存储器之间交替工作,从而使图像的采集和传输并行进行,为确保在任何时刻只有一片SRAM可以读取采集到的图像数据,设置了一个读互斥锁,同样,只有一个SRAM可接收采集到的图像数据,因此,又设置了一个写互斥锁,需要注意的是,由于图像传感器的图像数据输出速度要比USB2.0传输速度慢,所以,当读完SRAM2的数据以后,需要等待另一片SRAM1完成写图像数据后,才可以向SRAM2写入下一帧图像数据,而SRAM1无需等待便可以直接进行读取图像数据的工作,如此循环往复,实现了并行工作,有效地提高了系统的工作效率。

为系统控制电路的原理框图,FPGA内部各个模块均采用Verilog HDL编写。

图像传输模块

采集完一帧图像后,要经过USB时钟信号控制模块将外部RAM中的图像数据读入到主机,在本图像采集系统中,使用CY7C68013的Slave FIFO异步工作方式,把FIFO配置成和EP2端口相连、每个数据包1024字节,4缓冲的方式,块传输模式,这样的设置可以满足系统要求,同时也有效地利用了内部的4kB FIFO来传输采集到的图像数据,系统控制使用了FALGB信号引脚,用来“FIFO满”的状态,默认为低电平有效。本文采用的是自动输入方式,当FIFO中的数据满一定量时,EZ-USB-FX2就直接通过FIFO把数据传送到USB收发器,而不经过CPU的干预,这样就提高了传输速度,本系统当FIFO满1KB时开始自动发送。
USB驱动和主机应用程序模块

USB设备驱动程序的开发是USB系统开发的难点,尤其是在本系统传输数据量大且速度要求高的情况下,就要编写出高效的USB设备驱动程序,才能保证高分辨率图像的实时传输,本系统采用DDK来开发WDM驱动程序。实际上,USB客户驱动程序中包含大量的例程,对开发驱动程序有很大的帮助。

主机应用程序的主要功能是通过USB接口读取图像数据并实时显示动态图像,为提高主机应用程序的效率,可以使用双线程。

结语

本系统采用具有130万像素的影像传感器MT9M111,保证了图像质量,采用USB2.0接口芯片CY7C68013保证了图像的实时传输,且设计灵活,为实现各种图像处理算法提供了软/硬件支持。


  

参考文献:

[1]. MT9M111 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MT9M111_491466.html.
[2]. CY7C68013 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/CY7C68013_1054335.html.
[3]. VGA datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/VGA_2568786.html.
[4]. 12ns datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/12ns_2105238.html.


关键词:传感器

版权与免责声明

凡本网注明“出处:维库电子市场网”的所有作品,版权均属于维库电子市场网,转载请必须注明维库电子市场网,https://www.dzsc.com,违反者本网将追究相关法律责任。

本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

广告
上传BOM文件: BOM文件
*公司名:
*联系人:
*手机号码:
QQ:
应用领域:

有效期:
OEM清单文件: OEM清单文件
*公司名:
*联系人:
*手机号码:
QQ:
有效期:

扫码下载APP,
一键连接广大的电子世界。

在线人工客服

买家服务:
卖家服务:

0571-85317607

客服在线时间周一至周五
9:00-17:30

关注官方微信号,
第一时间获取资讯。

建议反馈

联系人:

联系方式:

按住滑块,拖拽到最右边
>>
感谢您向阿库提出的宝贵意见,您的参与是维库提升服务的动力!意见一经采纳,将有感恩红包奉上哦!