1 CMOS圖像傳(chuan) 感器的一般特征
　　
目前，CCD（電荷耦合器件）是主要的實用化固態圖像傳(chuan) 感器件，它具有讀取噪聲低、動態範圍大、響應靈敏度高等優(you) 點。但CCD技術難以與(yu) 主流的CMOS技術集成於(yu) 同一芯片之中。這樣，諸如定時產(chan) 生、驅動放大、自動曝光控製、模數轉換及信號處理等支持電路就不能與(yu) 像素陣列做同一芯片上，以CCD為(wei) 基礎的圖像傳(chuan) 感器難以實現單片一體(ti) 化，因而具有體(ti) 積大、功耗高等缺點。
　　
CMOS圖像傳(chuan) 感器是近向年發展較快的新型圖像傳(chuan) 感器，由於(yu) 采用了相同的CMOS技術，因此可以將像素陣列與(yu) 外圍支持電路集成在同一塊芯片上。實際上，CMOS圖像傳(chuan) 感器是一個(ge) 較完成的圖像係統（Camera on Chip），通常包括：一個(ge) 圖像傳(chuan) 感器核心、單一時鍾、所有的時序邏輯、可編程功能和模數轉換器。其基本結構見圖1。與(yu) CCD相比，CMOS圖像傳(chuan) 感器將整個(ge) 圖像係統集成在一塊芯片上，具有以下優(you) 點：

 

（1）體(ti) 積小、重量輕、功耗低；

（2）編程方便、易於(yu) 控製；

（3）平均成本低。

2 OV5017的性能與(yu) 特點

2.1 OV5017的基本性能
　　
OV5017是美國OmniVision公司開發的CMOS黑白圖像傳(chuan) 感器芯片，該芯片將CMOS光感應核與(yu) 外圍支持電路集成在一起，具有可編程控製與(yu) 視頻模/數混合輸出等功能，其輸出的視頻為(wei) 黑白圖像，與(yu) CCIR標準兼容。

OV5017芯片的基本參數為(wei) ：
　　
(1)圖像尺寸4.2mm×3.2mm，像素尺寸11μm×11μm;
　　
(2)信噪比SNR>42dB;
　　
(3)幀頻50時，最小照度為(wei) 0.5lux@f1.4；
　　
(4)幀頻50時，峰值功耗小於(yu) 100mW。
　　
OV5017輸出模擬視頻信號，格式為(wei) 逐行掃描。OV5017內(nei) 部嵌入了一個(ge) 8bit的A/D，因而可以同步輸出8位的數字視頻流D[7…0]。在輸出數字視頻流的同時，還提供像素時鍾PCLK、水平參考信號HREF、垂直同步信號VSYNC，便於(yu) 外部電路讀取圖像。
　　
OV5017的像素陣列為(wei) 384×288，分為(wei) 16×16的子塊，每個(ge) 子塊大小為(wei) 24×18，可以在整個(ge) 圖像的局部開窗，輸出窗口中的圖像。

2.2 OV5017的編程功能
　　
OV5017具有豐(feng) 富的編程控製功能，其圖像幀頻、曝光時間、增益控製、Gamma校正、圖像開窗等均可通過對芯片內(nei) 部寄存器的讀寫(xie) 進行設置，數字視頻流的輸出也必須通過對寄存器讀取才能實現。
　　
芯片內(nei) 部有11個(ge) 8位寄存器，通過對地址線A[3..0]的設置來選擇寄存器，通過讀寫(xie) 數據線[7..0]來讀取或設置寄存器。在對寄存器進行讀（或寫(xie) ）
時，應使片選CSB與(yu) 輸出使能OEB（或定使能WEB）有效。
 

地址號10xx的寄存器為(wei) 視頻數據端口，它是隻讀的，當選中並讀取它時，芯片向外輸出數據視頻流。

地址號0000的寄存器為(wei) 狀態寄存器，它是隻讀的，反映芯片的某些狀態。

地址號0001的寄存器為(wei) 幀控製寄存器，它是隻寫(xie) 的，用於(yu) 控製幀與(yu) 行的同步信號。

地址號0010的寄存器為(wei) 曝光控製寄存器，它是讀寫(xie) 的，可選擇自動曝光，也可選擇手工曝光。曝光時間控製在1幀至1/100幀之間。

地址號0011的寄存器為(wei) 增益控製寄存器，它是讀寫(xie) 的，當手工曝光時，增益控製在0～18dB之間。

地址號0100的寄存器為(wei) 幀頻控製寄存器，它是讀寫(xie) 的，幀頻控製在50～0.5fps之間。
　　
地址號0101的寄存器為(wei) 雜項控製寄存器，它是讀寫(xie) 的，負責設置Gamma校正、圖像象、背景光補償(chang) 、圖像銳化等功能。
　　
地址號0110與(yu) 0111的寄存器為(wei) 窗口控製寄存器，它們(men) 均是讀寫(xie) 的，負責設置窗口的水平尺寸、水平位置、垂直尺寸、垂直位置，以確定圖像中的一個(ge) 窗口。

地址號1110與(yu) 1111的寄存器保留，用於(yu) 測試。

2.3 數字圖像的輸出
　　
OV5017中數字視頻流的輸出必須通過對芯片內(nei) 視頻數據端口，即地址號為(wei) 10xx的寄存器的讀取來實現。其步驟為(wei) ：
　　
（1）設置地址總線A[3..0]為(wei) 10xx；
　　
（2）使能片選CSB與(yu) 輸出使能OEB。
　　
若需輸出局部圖像則應事先設置窗口控製寄存器。
　　
數字視頻流輸出的時序如圖2所示。圖中，
　　
TPHD：TCLK下降沿至HREF有效，最大25ns；
　　
TPDD：PCLK上升沿至視頻數據有效，最大25ns；

VD：視頻數據。

因篇幅所限，這裏僅(jin) 給出圖像一行中4個(ge) 像素輸出的時序。根據圖2所示時序，外部電路就可以讀取芯片輸出的圖像數據。
 

3 基於(yu) OV5017的圖像采集係統

基於(yu) OV5017的圖像采集係統結構如圖3所示。
　　
在本係統中，OV5017作為(wei) 係統的圖像傳(chuan) 感器，其內(nei) 部將獲取的圖像采集量化，在外部邏輯的控製下輸出數字圖像，存入圖像存儲(chu) 器。這裏，OV5017的管腳A[3..0]與(yu) D[3..0]複用共同的外部數據線，因此加一個(ge) 鎖存器將它們(men) 分開。在讀寫(xie) OV5017的內(nei) 部寄存器時，需分兩(liang) 個(ge) 操作進行，即先選擇寄存器，再讀定該寄存器。同時，為(wei) 避免總線衝(chong) 突，TMS320C31的低8位數據線與(yu) OV5017的數據之間和TMS320C31的地址線與(yu) 采集地址之間各加了一個(ge) 總線隔離。

係統讀取圖像的過程為(wei) ：

（1）對譯碼與(yu) 時序發生器初始化；

（2）視需要設置OV5017的內(nei) 部控製寄存器，如曝光控製、增益控製、窗口控製等；

（3）選擇OV5017的視頻數據端口，即寄存器10xx；

（4）TMS320C31向譯碼與(yu) 時序發生器發信號，通知開始采集圖像；

（5）譯碼與(yu) 時序發生器使能總線隔離，並根據OV5017輸出的參考信號，即VSYNC、HREF與(yu) PCLK，生成圖像存儲(chu) 器的片選、寫(xie) 及地址信號。這樣數字圖像即以連續的方式存入圖像存儲(chu) 器中；

（6）TMS320C31向譯碼與(yu) 時序發生器發信號，通知停止采集圖像，OV5017則停止輸出數字圖像。

在圖像采集過程中，TMS320C31可訪問除圖像存儲(chu) 器與(yu) OV5017以外的其他存儲(chu) 器或端口。
　　
該係統由於(yu) 省略了A/D等器件，因而具有結構簡單、體(ti) 積小、功耗低等優(you) 點。同時，由於(yu) OV5017內(nei) 部嵌入曝光、增益、開窗等控製電路，並且編程方便，這就提高了采集係統在功能上的靈活性。本係統適合於(yu) 監控、多媒體(ti) 等應用範圍。