CMOS攝像頭調(diào)試

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上CMOS攝像頭調(diào)試 目前，包括移動(dòng)設(shè)備在內(nèi)的很多多媒體設(shè)備上都使用了攝像頭，而且還在以很快的速度更新?lián)Q代。目前使用的攝像頭分為兩種：CCD(Charge Couple Device電荷偶合器件)和CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)。這兩種各有優(yōu)劣：目前CCD主要使用高質(zhì)量的DC、DV和高檔手機(jī)上，其圖像質(zhì)量較好，但是整個(gè)驅(qū)動(dòng)模組相對(duì)比較復(fù)雜，而且目前只有曰本一些企業(yè)掌握其生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)于選用的廠商來(lái)說(shuō)成本會(huì)比較高昂，而且一些設(shè)備對(duì)與圖像質(zhì)量沒(méi)有很苛刻的要求，對(duì)體積要求會(huì)高一些;而CMOS正好滿足這

2、樣的要求，CMOS模組則比較簡(jiǎn)單，目前很多廠商已經(jīng)把驅(qū)動(dòng)和信號(hào)處理的ISP(Imag 保證這些條件的正確性下，還要符合它的硬件電路要求，首要的是確定它的電源、時(shí)鐘、RESET等信號(hào)是否符合芯片要求，其次要看所有的引腳是否連接正確，這樣保證外圍的電路沒(méi)有錯(cuò)誤情況下才可能正確顯示圖像。各個(gè)廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品各不相同，一些廠商的sensor模組在默認(rèn)狀態(tài)下就可以輸出圖像，而有些廠商的sensor模組必須要設(shè)置一些寄存器以后才可以得到圖像。區(qū)別是否可以直接輸出圖像，可以通過(guò)檢測(cè)sensor的輸出腳，如果三個(gè)同步信號(hào)都有，數(shù)據(jù)線上也有數(shù)據(jù)，那一般就會(huì)有默認(rèn)圖像輸出，另外也可以跟廠商聯(lián)系獲得有關(guān)信息。如果沒(méi)有

3、默認(rèn)輸出就需要設(shè)置寄存器了，一般都是通過(guò)兩線串行方式(IIC總線使用頻率很高)設(shè)置寄存器。寄存器設(shè)置是整個(gè)調(diào)試過(guò)程中最復(fù)雜的過(guò)程，當(dāng)然要設(shè)置寄存器要先保證主芯片跟sensor模組之間通信是正確無(wú)誤的，然后才是具體設(shè)置值的問(wèn)題。保證通信無(wú)誤，簡(jiǎn)單的方法就是讀寫一致(排除部分動(dòng)態(tài)變化的寄存器)，就是說(shuō)保證能夠每次寫進(jìn)去的數(shù)據(jù)都能正確讀出來(lái)。寄存器設(shè)置方面，一般都會(huì)有很多寄存器，其中一些是關(guān)鍵的：例如軟件RESET、工作狀態(tài)、輸出大小、輸出格式、輸出信號(hào)有效性、像素頻率等，另外一些對(duì)細(xì)調(diào)圖像質(zhì)量很有用處的寄存器暫時(shí)可以不管，還有部分寄存器比如自動(dòng)暴光、自動(dòng)白平衡這些建議都選擇auto，這些功能對(duì)圖像

4、質(zhì)量影響很大，一般模組集成了ISP的都會(huì)有這個(gè)功能。當(dāng)然不管是默認(rèn)圖像還是設(shè)置以后輸出的，都需要細(xì)調(diào)，這時(shí)如果有可能，可以聯(lián)系sensor模組廠商，請(qǐng)他們給出推薦配置或者做一些技術(shù)支持，因?yàn)橐话鉺ensor內(nèi)部都有一些寄存器是不對(duì)外公布的，只有廠商的FAE才這些寄存器的定義;自己調(diào)節(jié)圖像時(shí)，可以從對(duì)比度、亮度、飽和度、銳化程度、Gamma校正、消除flicker等方面進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果sensor沒(méi)有集成ISP的話，如前面提到的它的輸出是BAYERPATTERN，這種格式就是直接將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)，需要處理器端進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)還需要做白平衡、暴光控制，另外還要進(jìn)行上面提到的對(duì)比度、亮度、飽和

5、度等等的改進(jìn)，這些改進(jìn)要想得到比較好的圖像質(zhì)量，算法會(huì)比較復(fù)雜，不僅需要處理器有較強(qiáng)的處理能力，也對(duì)調(diào)試者有一定的要求，但是這樣的sensor一般會(huì)比較便宜，所以根據(jù)自己的情況做選擇比較好;不過(guò)目前有廠商設(shè)計(jì)做圖像處理的芯片，其實(shí)這就是將ISP拿出來(lái)單獨(dú)作為一顆芯片了，它的調(diào)試就跟sensor模組差不多了，只是大一些而已。 調(diào)試過(guò)程中，我們還要注意一些問(wèn)題，例如YUV格式輸出時(shí)中YUV的順序、BAYERPATTERN中第一行數(shù)據(jù)的格式、sensor模組輸出圖像的大小、顯示圖像的大小等。一般YUV順序不對(duì)圖像是可以看到的，只是色彩和亮度轉(zhuǎn)換了;BAYERPATTERN第一行數(shù)據(jù)格式錯(cuò)了，也就是R

6、GB三種顏色亂了，都是可以看到圖像的;圖像輸出大小則比較重要，因?yàn)槿绻O(shè)置輸入的圖像大小大于實(shí)際輸出的大小，處理器可能會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)不夠一場(chǎng)而無(wú)法顯示，如果小于實(shí)際大小則只能輸出圖像的一部分，但是還是可以顯示的，當(dāng)然這也可以在顯示面積不夠時(shí)做成局部放大的效果。 圖像出來(lái)以后，就需要檢驗(yàn)一些模組的質(zhì)量，個(gè)人覺(jué)得可以從下面幾個(gè)方面觀察：幀率、有無(wú)壞點(diǎn)、噪聲、暗光下的圖像、白平衡、色彩還原能力、暴光、邊緣等?，F(xiàn)在一般的sensor廠商的30萬(wàn)像素的產(chǎn)品都可以VGA(640*480)30幀，2M像素做到SVGA(800*600)30幀的幀率，一般應(yīng)用已經(jīng)足夠，拖影現(xiàn)象也控制得比較好;壞點(diǎn)是比較嚴(yán)重的問(wèn)題，

7、一般是sensor硬件上有問(wèn)題，而且它自身的修復(fù)算法沒(méi)有能夠修復(fù)的，這樣對(duì)圖像會(huì)有很大的影響，一般打開sensor工作5分鐘就還沒(méi)有的話，基本上就可以放心了，要指出的是有的時(shí)候在一些物體的邊緣會(huì)出現(xiàn)“壞點(diǎn)”這是sensor算法的問(wèn)題，一般移動(dòng)一下物體或者模組就沒(méi)有了;噪聲問(wèn)題是CMOSSensor無(wú)法躲避的問(wèn)題，由于感光部分結(jié)構(gòu)跟CCD的差異，注定了同樣大小的感光面積下CMOSSensor圖像噪聲要比CCD嚴(yán)重，但是各個(gè)廠商技術(shù)的差異還是會(huì)噪聲控制上也會(huì)有所不同，這時(shí)只要給個(gè)深色的背景就會(huì)看到了，同樣CMOSSensor在低光條件下噪聲問(wèn)題也比較突出，當(dāng)然可以使用一些技術(shù)加以改進(jìn);白平衡是最基

8、礎(chǔ)的問(wèn)題，但是白平衡算法好壞也會(huì)影響sensor的表現(xiàn)，一些sensor遇到大片某個(gè)單色的畫面時(shí)可以明顯看到背景圖像顏色改變，這就是算法不好的原因;色彩還原可以照在標(biāo)準(zhǔn)色板上，看與原來(lái)的區(qū)別就可以看出sensor色彩還原能力了，也有一些sensor會(huì)某些顏色過(guò)了;若沒(méi)有色板也可以用色彩明亮豐富的紙來(lái)測(cè)試，關(guān)鍵是看sensor能否真實(shí)表現(xiàn)這些色彩;暴光控制現(xiàn)在一般都的模組都集成了，對(duì)著暗處和強(qiáng)光看它是否能夠調(diào)節(jié)到比較理想的狀態(tài)，一般不會(huì)有問(wèn)題，但是也有例外，筆者曾經(jīng)碰到一顆sensor在強(qiáng)光照射下啟動(dòng)時(shí)沒(méi)有辦法正確暴光，畫面很暗;邊緣好壞是一個(gè)sensor細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力證明，一些sensor在邊緣

9、部分會(huì)有鋸齒或者就是很模糊不清，這都是細(xì)節(jié)表現(xiàn)的問(wèn)題;如果整個(gè)畫面比較灰，那就是sensor對(duì)比度出了問(wèn)題。 調(diào)試sensor是一件非常有趣的事情，很多時(shí)候它跟一般的IC沒(méi)有太大區(qū)別，其實(shí)上我們也是把它當(dāng)成一般IC來(lái)調(diào)試的，但是收獲卻很多。當(dāng)然，調(diào)試的時(shí)候可能會(huì)遇到很多問(wèn)題，有些可能會(huì)比較棘手，問(wèn)題的解決也需要很多的經(jīng)驗(yàn)，但是辦法總比問(wèn)題多，問(wèn)題的解決就是經(jīng)驗(yàn)累積的過(guò)程、成長(zhǎng)的過(guò)程。 e SignalProcessor)集成在模組內(nèi)部，這樣體積就更小，而且其生產(chǎn)技術(shù)要求相對(duì)簡(jiǎn)單、工藝比較成熟、成本較低、外圍電路簡(jiǎn)單、圖像質(zhì)量也可以滿足一般的要求，所以在嵌入式市場(chǎng)中占有很大份額，目前一些高端的C

10、MOS Sensor的質(zhì)量已經(jīng)可以和CCD 的質(zhì)量相媲美。 我這里要介紹的就是CMOS攝像頭的一些調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。 首先，要認(rèn)識(shí)CMOS攝像頭的結(jié)構(gòu)。我們通常拿到的是集成封裝好的模組，一般由三個(gè)部分組成：鏡頭、感應(yīng)器和圖像信號(hào)處理器構(gòu)成。一般情況下，集成好的模組我們只看到外面的鏡頭、接口和封裝殼,這種一般是固定焦距的。有些廠商只提供芯片，需要自己安裝鏡頭，鏡頭要選擇合適大小的鏡頭，如果沒(méi)有夜視要求的話，最好選擇帶有紅外濾光的鏡頭，因?yàn)橐话愕膕ensor都能感應(yīng)到紅外光線，如果不濾掉，會(huì)對(duì)圖像色彩產(chǎn)生影響，另外要注意在PCB設(shè)計(jì)時(shí)要保證鏡頭的聚焦中心點(diǎn)要設(shè)計(jì)在sensor的感光矩陣中心上。除了這點(diǎn) C

11、MOSSensor硬件上就和普通的IC差不多了，注意不要弄臟或者磨花表面的玻璃。 其次，CMOS模組輸出信號(hào)可以是模擬信號(hào)輸出和數(shù)字信號(hào)輸出。模擬信號(hào)一般是電視信號(hào)輸出，PAL和NTSC都有，直接連到電視看的;數(shù)字輸出一般會(huì)有并行和串行兩種形式，由于圖像尺寸大小不同，所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不同，數(shù)據(jù)的頻率差異也很大，但是串行接口的pixelclock頻率都要比并行方式高(同樣的數(shù)據(jù)量下這不難理解)，較高的頻率對(duì)外圍電路也有較高的要求;并行方式的頻率就會(huì)相對(duì)低很多，但是它需要更多引腳連線;所以這應(yīng)該是各有裨益。(筆者測(cè)試使用的系統(tǒng)是8bit并行接口)另外輸出信號(hào)的格式有很多種，視頻輸出的主要格式有：RG

12、B、YUV、BAYERPATTERN等。一般CMOSSensor模組會(huì)集成ISP在模組內(nèi)部，其輸出格式可以選擇，這樣可以根據(jù)自己使用的芯片的接口做出較適合自己系統(tǒng)的選擇。其中，部分sensor為了降低成本或者技術(shù)問(wèn)題，sensor部分不帶ISP或者功能很簡(jiǎn)單，輸出的是BAYERPATTERN，這種格式是sensor的原始圖像，因此需要后期做處理，這需要有專門的圖像處理器或者連接的通用處理器有較強(qiáng)的運(yùn)算能力(需要運(yùn)行圖像處理算法)。不管sensor模組使用何種數(shù)據(jù)格式，一般都有三個(gè)同步信號(hào)輸出：幀同步/場(chǎng)同步(Framesynchronizing)、行同步(Horizontal synchron

13、izing)和像素時(shí)鐘(pixelclock)。要保證信號(hào)的有效狀態(tài)與自己系統(tǒng)一致，如都是場(chǎng)同步上升(下降)沿觸發(fā)、行同步高(低)電平有效等。 通過(guò)以上介紹，我們就可以根據(jù)自己的使用的系統(tǒng)選擇適合的sensor模組。要選擇接口對(duì)應(yīng)(如果并行接口，sensor模組輸出數(shù)據(jù)bit位多于接受端，可以用丟棄低位的數(shù)據(jù)的方法連接)、數(shù)據(jù)格式可以接受或處理、pixelclock沒(méi)有超過(guò)可接受的最高頻率(有的是可調(diào)的，但幀率會(huì)受影響)、場(chǎng)同步和行同步可以調(diào)節(jié)到一致的sensor模組，這樣才可以保證可以使用。 調(diào)試cmos sensor,一般按照下面的步驟進(jìn)行:1,確定工作電壓是否正常.2,檢查Reset,P

14、wdn,MCLK是否正常.Reset是復(fù)位信號(hào),Pwdn是PowerDown的簡(jiǎn)稱,用來(lái)控制sensor進(jìn)入睡眠狀態(tài)或者工作狀態(tài),各sensor的電平均不同.MCLK是sensor工作的頻率基準(zhǔn).不同的MCLK一般需要調(diào)整一下不同的參數(shù)來(lái)保證圖象質(zhì)量.另外Reset,Pwdn出了保證工作所需的電平以外,還需注意一點(diǎn),就是復(fù)位的時(shí)間和睡眠的時(shí)間的要求.這點(diǎn)在Samsung的sensor要求比較多.需要注意.3,在前面的工作條件正確的前提下保證I2C參數(shù)下載正確.不同的sensor,需要配置不同的參數(shù).4,一般來(lái)說(shuō)先調(diào)試出圖象然后再調(diào)試圖象品質(zhì).盡量采用原廠的參數(shù).畢竟人家有經(jīng)驗(yàn)啊.呵呵.關(guān)于OV

15、的sensor: 在OV的datasheet上面是找不到I2C的字眼的.他們稱之為SCCB.其實(shí)是一個(gè)東西,可能是考慮了I2C是Philips的專利的緣故.在2640以前,ov的sensor一般是比較好調(diào)試的.可能2640搞得過(guò)于復(fù)雜,稍有不慎,就完全沒(méi)有訊號(hào)了.算起來(lái)這應(yīng)該也是2640的bug. 還有一個(gè)問(wèn)題要注意:以前OV的sensor工作的時(shí)候,都是Reset和Pwdn處于低電平.但是今年出來(lái)幾款sensor有好幾個(gè)規(guī)格.如7670還有2640,有幾款都是Reset為高工作. OV讓人有點(diǎn)窩火的地方就是:保密工作做的過(guò)火啊. 1,datasheet簡(jiǎn)單的要死啊. 2,故意留一些陷阱.如r

16、egister明明標(biāo)為Reserved,意思是保留用的.結(jié)果你不下正確的參數(shù),這個(gè)圖象質(zhì)量根本不行.關(guān)于Magnachip(原Hynix) Hynix是比較早進(jìn)入大陸市場(chǎng)的sensor供應(yīng)商.初期在pccamera市場(chǎng)曾經(jīng)占據(jù)最大的市場(chǎng)份額.Hy7131GP曾經(jīng)也在手機(jī)VGA攝像頭市場(chǎng)取得不菲的市場(chǎng)份額.但是Hynix栽在Hy7151和Hy7161上面.這兩款以偏心嚴(yán)重和圖象質(zhì)量方面的問(wèn)題導(dǎo)致hynix在1.3M和2M的市場(chǎng)全部不保.作為韓國(guó)sensor市場(chǎng)的老大,Hynix這方面的人才流失也是非常嚴(yán)重. 整合之后,Hynix成為Magnachip.Magnachip現(xiàn)在VGA,1.3M,2M

17、也基本OK了. 總的說(shuō)來(lái)Magnachip資料還是比較齊全的.按照datasheet上面介紹的register說(shuō)明一般沒(méi)有什么問(wèn)題.關(guān)于SET(CI) 這也是韓國(guó)sensor廠商.從這里可以知道,韓國(guó)人在中國(guó)賺了多少錢了. CI公司做的也是比較早.不過(guò)因?yàn)镹oise的原因,sensor一直未能大賣. 后來(lái)CI變成了SET,接觸了SET的1.3M的sensor,圖象質(zhì)量還可以.功耗居然非常低,比MISOC0360還要小25%啊. 不過(guò)可能公司太小的原因.市場(chǎng)份額一直無(wú)法推開. SET的datasheet是除了micron的datasheet之外最詳細(xì)的.里面有詳細(xì)的結(jié)構(gòu)方面的說(shuō)明.基本上采用默認(rèn)

18、的參數(shù),其圖象就可以得.關(guān)于Micron: Micron是個(gè)美國(guó)公司,依據(jù)內(nèi)存方面的豐富經(jīng)驗(yàn).在收購(gòu)一家圖象設(shè)計(jì)公司之后進(jìn)入sensor市場(chǎng),主要客戶是Moto.Micron這個(gè)公司對(duì)大陸市場(chǎng)是不夠重視的.來(lái)大陸的工作人員多是海龜.比較沒(méi)有戰(zhàn)斗力.因?yàn)橹饕蛻羰荕oto,多在臺(tái)灣制造手機(jī)攝像頭如富士康,沛晶等等. 前面說(shuō)到,Micron是個(gè)美國(guó)公司,所以相對(duì)來(lái)說(shuō)比較自信,不象OV公司生怕別人學(xué)了技術(shù).呵呵.他給的資料是非常齊全的.從原理/結(jié)構(gòu)/具體參數(shù)都有詳細(xì)說(shuō)明.而且他們demo kit軟件功能也很強(qiáng).只是太貴了. Micron的I2C跟其他也有些差異.他是8bit地址,16位數(shù)據(jù).這點(diǎn)比O

19、V的就好使多了.舉例來(lái)說(shuō),OV的有設(shè)定參數(shù)有10bit的話,他因?yàn)橘Y源的問(wèn)題,會(huì)安排這個(gè)10bit的3位在這個(gè)register,那個(gè)3位在其他register,哇.看這個(gè)就暈死了.而Micron的因?yàn)槭?6bit的數(shù)據(jù),當(dāng)然好用多了. Micron應(yīng)該是最早把I2C的register分成組的.或者說(shuō),Micron是最早把sensor搞復(fù)雜化的.其他如OV Hynix,CI原來(lái)的基本register的個(gè)數(shù)都是在128以下. Micron的sensor說(shuō)起來(lái)感度好些,其實(shí)也不盡然.Micron在低照度的時(shí)候允許幀率變?yōu)楹艿?而OV不能.曝光時(shí)間長(zhǎng)了,自然感度就好了.不過(guò)我見(jiàn)過(guò)的0360 和1310

20、都有灰蒙蒙的感覺(jué),不知什么原因.另外1310還有中心偏紅,四周偏藍(lán)的問(wèn)題. Misoc2010(2Mega)的圖象質(zhì)量非常好,感覺(jué)比03601310好了不知多少,不只是分辨率提高了,圖象銳度等等要好很多,灰蒙蒙德感覺(jué)沒(méi)有了.真的不錯(cuò).這顆sensor好像不能支持preview1600*1200,最高只能800*600.不過(guò)這個(gè)sensor本來(lái)是手機(jī)應(yīng)用的.因此這個(gè)問(wèn)題也根本不是問(wèn)題. Misoc1320 (1.3Mega)的圖象質(zhì)量也比1310好很多. 希望Micron重視一下大陸市場(chǎng).關(guān)于Samsung: Samsung是進(jìn)入sensor市場(chǎng)比較慢的.推出的sensor版本太多.主要問(wèn)題是I2C不大問(wèn)題.這是跟其他sensor比較最大的問(wèn)題. Samsung最近推出的2M YUV的sensor,我看過(guò),圖象質(zhì)量其實(shí)非常不錯(cuò),只是功耗較大.銳度好,清晰,色彩還原性好.我們實(shí)際調(diào)試的結(jié)果就是I2C很不穩(wěn)定.下去的參數(shù)有時(shí)無(wú)法生效.需要多次下. Samsung主要還是C