低端嵌入式系统的图像采集

2009-01-09 15:04:51来源: 微计算机信息
引言

随着技术的进步,嵌入式系统的功能越来越强。现在基于高端32位ARM处理器的系统已经具备很强的信号处理能力,可以实时处理图像数据,实现网络可视电话、人眼虹膜识别和指纹识别等功能,但成本较高。在低端的嵌入式系统中,由于处理器的处理能力有限,图像数据的数据量又比较大,实现实时图像数据的处理比较困难,但通过采取一定的措施可以实现低成本的图像采集和处理系统。图像采集可以采用模拟摄像头、CCD图像传感器或CMOS数字图像传感器。CMOS数字图像传感器由于其高性价比和直接输出数字图像数据而得到最为广泛的应用。MT9V011就是一个这样的CMOS数字图像传感器。本文介绍MT9V011 CMOS数字图像传感器在一个低端ARM7处理器系统中的应用。

1 图像采集系统的应用现状

实时图像采集系统已经广泛应用于手机、PDA、实时监控系统等高端嵌入式系统中。在这类系统中,处理器具有以下特点:具有较高的处理速度可以实时处理采集回来的大量图像数据;具有较大的内存可以存放若干帧完整的图像数据;具有丰富的外设接口可以比较容易的扩展大容量的存储设备如CF卡、SD存储卡等来备份一些图像数据。然而在一些测控领域也需要采集图像,以使管理人员能够直观的监控被测对象。由于被测量的变化比较缓慢不需要实时采集图像,每隔一段时间传回监控中心一幅图像就能满足要求。在这类系统中,处理器主要是面向控制领域,它们的特点是内存比较小,处理速度比较慢,外设接口也不多。因此在这类低端嵌入式系统中增加图像采集功能要面临处理器处理能力有限和硬件资源受限制的问题。

2 CMOS图像传感器MT9V011介绍

以创新的CMOS活跃象素技术,美光的超低功耗MT9V011图像感应器融合了上乘的VGA分辨率和标准电荷耦合器件(CCD)所不具备的很多优越功能。它能以高达30fps的帧频输出高质量的逐行扫描图像,而电池寿命却比CCD竞争产品大幅度延长,因此成为手机、掌上电脑和PC机USB摄像头的理想选择。

MT9V011多种精密的相机功能(包括窗口化、行镜像变换、左右和上下图像翻转、电子旋转快门(ERS)、列镜像变换)已被直接集成到芯片上,从而减少了CCD通常需要的额外组件,最大程度地缩小了产品尺寸和主板空间。其变量功能(也直接包括在芯片内)如可编程增益、帧频和曝光控制等可以在默认模式操作,也可以由最终用户通过一个简单的两线I2C接口进行编程。



图1 CMOS摄像头芯片MT9V011工作时序

MT9V011默认输出的是一幅640ⅹ480象素的图像。MT9V011芯片的工作时序如图1所示。LINE_VALID是行有效信号,PIXCLK是象素时钟信号,DOUT9-DOUT0是10位的图像数据,FRAME_VALID是帧有效信号。其中LINE_VALID有效期间共有640个PIXCLK时钟周期,FRAME_VALID有效期间共有480个LINE_VALID有效信号。默认情况下图像数据从第一行第一列开始在PIXCLK信号的上升沿顺序输出。

MT9V011输出的图像格式是RGB Bayer类型,如图2所示。每一个点只有一种颜色,箭头所指的是第0行第0列。假设P0-0(9:0)至P0-639(9:0)是第0行的所有象素点的颜色数据,P1-0(9:0)至P1-639(9:0)是第1行所有点的颜色数据,则P0-0(9:0)代表绿色的颜色值,P0-1(9:0)代表红色的颜色值,P0-2(9:0)代表绿色的颜色值,P1-0(9:0)代表的是蓝色的颜色值,P1-1(9:0)代表的是绿色的颜色值,P1-2(9:0)代表的是蓝色的颜色值等等。点P0-0、P0-1、P1-0、P1-1组合在一起便具备了R、G、B三色,可以合成一个真彩色的点在PC机屏幕上显示。



图2 MT9V011输出的数字图像格式
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关键字:嵌入式  图像采集

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0109/article_424.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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