ARM9下的cmos图像传感器数据采集系统
基于CIS与ARM9的条码图像采集系统
Ｅｌｃｒ ｎ ｃ Ｓ ｉ ｅ ｔｏ ｉ ｃ．＆ Ｔｅ ｈ． ｃ ／Ｍａ ．１ ｒ ５． ２ ０ ０１
基 于 ＣＩ Ｓ与 Ｐ￣ 条 码 图像 采集 系统 ＪＭ９的
夏振 春 ，丁 万 山
（ 南京航空航 天大学 自动化学院 ，江苏 南 京
的意义 。不 同的应 用场合 下 ，条码 区域 的尺寸 各 不相 同 ，因此 这就 需要 图像采 集设 备 能够 根据实 际 情况 自
动调 节 图像分 辨率 ，减少 不 必要信 息 的采集 。传统 面 阵 Ｃ Ｄ或 摄像 头 等 图像 采 集 设 备 出厂 时 分 辨 率 就 已 Ｃ 经 固定 ，无法 在不 改变 硬件结 构 的条 件下做 到 分 辨率 自动 调 节 。文 中 提 出 一 种 基 于 接 触 式 图 像 传 感 器 （ Ｉ） Ａ Ｍ９处理 器 的条码 图像 采集 系统 ，能够 根 ＣＳ 和 Ｒ
的整体 结 构框 图 ，如 图 １所示 。
一Ｉ儿 处 Ｃ ｌ Ａ Ｉ Ｓ Ｓ ｕ ３ 图 像 Ｒ Ｃ 理 Ｍ ２ 器 ９ ４ １ 单 ０ Ａ 元
霸鎏 囊 茎 Ｈ嘉 Ｆ ＤＭ 数，ＳＡ Ｉ Ｒ Ｆ 据 Ｏ
实 际采集 到 的 条码 图像 中往 往 夹 杂着 背 景 信 息 ，
集 ，必须 精确控 制平 台的运动 速度 与 Ｃ Ｓ换行 信 号之 Ｉ
而 真正对 条码识 别 有用 的是 条码 区域信 息 ，因此 ，尽 量减 少无 用信 息 的采集 对条 码识 别工 作具有 举 足 轻重
间 的关 系 。本 系统采 用减 速 电机配合 光 电旋转 编码 器 的方案 来协 调两 者之 间 的关 系 。条码 图像采 集 平 台
ｔ ｈ ａｃ ｄ ｉｅｔ ｅ ｕ ｅｔ ｅａ ｑ ｉｉ ｏ ｆｕ ｅｅ ｓｉｆ ｒ ａｉｎ Ｔ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｅｗｉ ｅＹａ ｐ ｉｄ ｉ ａｃ ｄｅｒｃ ｏｔ ｅｂ ｒ ｏ ｅｓｚ ｏｒ ｄ ｃ ｈ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｏ ｓ ｌｓ ｎｏ ｉ ｍ ｔｏ ． ｈ ｓｓ ｓｅ ｃ ｎ ｂ ｄ ｌ ｐ ｌ ｎ ｂ ｒｏ ｅ — ｅ ｏ ｎ ｔ ｎ ａ ｄ ｓｒａ ｕ ｇ ｉｉ ｎ ｅ ｉｌｎ ｍｂｅ ｅ ｏ ｎｔｏ ｎ ｔ ｅ ｉ ａｉｎ ｎ ｒａｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｉｅ ｔ ｉａｉｎ ｅ ｃｅ ｃ ． ｏ ｒｒ ｃ ｇ ｉ ｎ ａ ｄ ｏｈ ｒｓｔ ｔｏ ｓａ ｄ ｇｅ ｔ ｉ ｒ ｖ ｈ ｄ ｎ ｉ ｃ ｔｏ ｆ ｉｎ ｙ ｉ ｕ ｙ ｆ ｉ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｃ ｎａ ｔｉ ｇ ｅ ｓ ｒ ｏ ｔｃ ｌｒｔｒ ｎ ｏ ｅ ； ｒ ｄ ｃｎ ｔ ｙ ｒ ｓ ｏ ｔｃ ｍａ ｅ ｓ ｎ ｏ ； ｐ ｉａ ｏａｙ ｅ ｃ ｄ ｒ ｅ ｕ ｉｇ ｍｏ
cmos图像传感器芯片
cmos图像传感器芯片CMOS图像传感器芯片是一种用于数字图像采集和处理的集成电路，它具有体积小、功耗低、集成度高等优点，逐渐成为数字相机、智能手机、安防监控等领域的主流芯片之一。
CMOS图像传感器芯片由图像传感器阵列、ADC、信号处理电路和数字输出接口等部分组成。
其中，图像传感器阵列是芯片的核心部分，由若干个光敏单元和读取电路组成。
当光线照射到图像传感器上时，光敏单元会产生电荷，并通过读取电路转换为电压信号。
传感器阵列的分辨率决定了图像的清晰度，目前市面上常见的CMOS图像传感器分辨率可达数千万像素。
ADC模块是将模拟信号转换为数字信号的关键环节，它负责将图像传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号，一般采用逐次逼近法进行转换。
数字信号经过信号处理电路的处理后，可以进行图像增强、滤波、去噪等操作，最终输出通过数字接口传输给后续的系统模块进行处理。
CMOS图像传感器芯片相比传统的CCD图像传感器具有许多优势。
首先，CMOS图像传感器集成度高，可以在一块芯片上实现图像传感器阵列、ADC和信号处理电路等功能，在尺寸上更加紧凑；其次，CMOS图像传感器功耗低，由于其结构和工作原理与传统的CCD不同，CMOS图像传感器在读取和传输过程中功耗更低；此外，CMOS图像传感器还具有响应速度快、高动态范围、抗震动能力强等特点。
CMOS图像传感器芯片在数字相机、智能手机、安防监控等领域得到了广泛的应用。
在数字相机中，CMOS图像传感器芯片可以实现高清晰度的图像采集和处理，并通过数字接口输出给图像处理器进行后续的图像处理操作；在智能手机中，CMOS图像传感器芯片是实现手机摄像头功能的核心部件，可以实现高分辨率的照片和视频拍摄，并支持实时预览、HDR等功能；在安防监控领域，CMOS图像传感器芯片可以实现高清晰度的图像采集和处理，并通过网络接口传输给监控系统进行实时监控和录像。
总之，CMOS图像传感器芯片是一种集成度高、功耗低、性能优越的图像采集和处理芯片。
北航ARM9实验报告：实验3uCOS-II实验
北航ARM9实验报告：实验3uCOS-II实验北航 ARM9 实验报告：实验 3uCOSII 实验一、实验目的本次实验的主要目的是深入了解和掌握 uCOSII 实时操作系统在ARM9 平台上的移植和应用。
通过实际操作，熟悉 uCOSII 的任务管理、内存管理、中断处理等核心机制，提高对实时操作系统的理解和应用能力，为后续的嵌入式系统开发打下坚实的基础。
二、实验环境1、硬件环境：ARM9 开发板、PC 机。
2、软件环境：Keil MDK 集成开发环境、uCOSII 源代码。
三、实验原理uCOSII 是一个可裁剪、可剥夺型的多任务实时内核，具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。
其基本原理包括任务管理、任务调度、时间管理、内存管理和中断管理等。
任务管理：uCOSII 中的任务是一个独立的执行流，每个任务都有自己的堆栈空间和任务控制块（TCB）。
任务可以处于就绪、运行、等待、挂起等状态。
任务调度：采用基于优先级的抢占式调度算法，始终让优先级最高的就绪任务运行。
时间管理：通过系统时钟节拍来实现任务的延时和定时功能。
内存管理：提供了简单的内存分区管理和内存块管理机制。
中断管理：支持中断嵌套，在中断服务程序中可以进行任务切换。
四、实验步骤1、建立工程在 Keil MDK 中创建一个新的工程，选择对应的 ARM9 芯片型号，并配置相关的编译选项。
2、导入 uCOSII 源代码将 uCOSII 的源代码导入到工程中，并对相关的文件进行配置，如设置任务堆栈大小、系统时钟节拍频率等。
3、编写任务函数根据实验要求，编写多个任务函数，每个任务实现不同的功能。
4、创建任务在主函数中使用 uCOSII 提供的 API 函数创建任务，并设置任务的优先级。
5、启动操作系统调用 uCOSII 的启动函数，使操作系统开始运行，进行任务调度。
6、调试与测试通过单步调试、查看变量值和输出信息等方式，对系统的运行情况进行调试和测试，确保任务的执行符合预期。
ARM9平台下的CMOS图像传感器数据采集系统
（ 汕头大学， 广东省汕头市 ５５６ ） １０３
摘 要 ： 计 了一 种基 于 ￥ Ｃ ４ ０的 图像数 据 采集 系统 。分析 了 系统 组成 模 块 的基 本 原理 、 模 设 ３２ １ 各
块 间硬件接 口电路 设计 和软件 实现 。 系统采 用 ￥ Ｃ ４ ０芯 片上 的 Ｉ ３２ １ Ｉ 线接 口和 Ｄ Ｃ总 ＭＡ（ 直接 存储 器
处理 。这样 的图像采 集 系统成本较 高 ， 功耗 大 ， 而且 体 积上也 有一定 的 限制 ， 并不适 合一 些简单 的应 用 。
般 曝光 都 比较 理 想 。但 在 景像 光 线不 适 当时 ， 应 则
通过 Ａ Ｃ 自动 曝光控 制 ） 黑 比调节来 使其 满足 应 Ｅ （ 白／ 用要 求 。图像采 集 窗 口可 以任 意设 定 ， 据输 出方 式 数
・
７ ・ ０
１ Ｃ Ｓ图像传感 器结构性台及工作 原理 ＭＯ ｂ
Ｈ 旺
＿ 几 弋 门 门 几 厂 ＿ 厂 ＼ 几
列数据 Ｌ
该 系 统 选 用 Ｏ ｎＶ ｓ ｎ公 司 钓 ０ ７ ４ ｍ ｉ ｉｏ ｉ Ｖ １ １黑 白
Ｃ Ｓ数字 图像 传感 器 。０ ７２ ＭＯ Ｖ ６０是一 款单 片 Ｖ Ａ 模 Ｇ 式黑 白数字像 机芯 片 ， 有 ６０× ８ ３７２０像 素 ， 具 ４ ４０＝ ０ ０
存取 ） 制器 ， Ｄ 控 以 ＭＡ方式传 送 图像 数据 。 实验 表 明 ， 系统 功耗 小 ， 图像 数据 采 集效果 良好 。
关键 词 ： 图像 传感 器 ； 数据 采 集 系￣ ； Ｍ Ｃ Ｓ Ｄ Ａ； ＭＯ
中图分类 号 ：Ｐ ７ ． Ｔ２ ４２
０ 引 言
随着 Ｃ Ｓ 互补金 属氧 化物半 导体 ） 术 的发 展 ＭＯ （ 技
基于嵌入式ARM的图像采集处理系统设计毕业设计论文
基于嵌入式ARM的图像采集处理系统设计摘要随着现代制造工业中微细加工技术的不断发展，对微细零件表面形貌测量的要求越来越高，具有较高横向及纵向分辨率的激光并行共焦显微系统可以突破光学衍射的极限要求,对物体表面进行无损检测及三维形貌重构。
为了进一步实现光学系统的便携化、智能化需求，具有体积小、成本低、专用性强等一系列独特优点的嵌入式系统，无疑有着极好的应用前景。
本文主要研制了一种基于ARM的便携式图像采集处理系统。
论文主要以硬件设计和软件设计两大部分完成对系统的论述：硬件设计中，通过分析实际图像采集需求后总结设计的主要性能指标，确定了采集系统的主要控制平台和图像传感芯片，给出了总体的硬件设计方案，并在此基础上完成了SCCB控制模块、图像数据捕获模块、串口调试模块等硬件接口模块的设计；软件设计中，完成了CMOS 的驱动程序、图像数据采集的驱动程序、Bayer图像数据转换算法等软件设计工作，最后论述了静态图像采集系统相关调试、实验工作，结果表明此嵌入式图像采集系统基本达到预期目标，证明了设计的合理性和正确性。
本系统一定程度上提高了低功耗微控制器图像采集的效率，将图像采集系统对硬件的依赖转化为设计人员的软件设计工作，相对于传统PC机+CCD的方案，不仅在体积、成本上具有明显优势，更体现出良好的柔性，便于今后的维护、优化。
关键词：ARM，LPC2478,图像采集，便携式第一章绪论 (3)1.1 课题的研究背景 (3)1.1.1 并行共焦显微系统概述 ............................................... 错误！未定义书签。
1.1.2 嵌入式系统概述 (4)1.1.3 嵌入式图像采集系统概述 (5)1.2 课题研究的目的和意义 .......................................................... 错误！未定义书签。
1.3 课题研究的主要内容及组织结构 (7)第二章系统硬件电路设计 (8)2.1 系统核心器件概述 (8)2.1.1 基于ARM7TDMI的LPC2478开发板 (8)2.1.2 OV7620图像传感器 (11)2.2 图像采集系统硬件总体架构.................................................. 错误！未定义书签。
访客管理系统方案
访客管理工作站访客管理是针对机关单位、军队、监狱、政府、工厂、公司、学校、酒店和小区物业在访客登记方面的现实需求，该系统充分利用现代化信息技术，保证整体运作的安全性，真正做到人员、证件、照片三者统一，实现了“进门登记、出门注销、人像一一对应、随身物品登记、分级管理、历史记录查询、报表汇总”等功能，能够高效记录、存储、查询汇总访客的相关信息，成功解决了企事业单位外来人员来访登记这一薄弱环节。
利用信息化管理手段，加强企业安全的同时提升企业形象，与时俱进更新内部治安管理手段，将“为企业服务” 体现的更加充分，顺应时代的要求，电子化、数字化、信息化，人防与技防相结合提升企业内部治安综合实力。
访客登记访客登记选择相应证件、一代身份证、二代身份证，用扫描机扫描相应证件（扫描时连好扫描机校正后点开始即可）或手动添加客户信息，访客控制器必须设有访客进出通道，访客人员如没有特殊需求不用再设置进出范围，选择相应卡给相应人员保存客户信息即可；访客人员想要进出其他地方需要在进出范围进行添加在控制器列表中双击相关门点，选择相应卡给相应人员保存客户信息即可，访客进出门权限可具体设置详见图（一）访客查询所有访客信息在访客查询里都有记录，访客信息可以模糊查询也可精确查询，访客查询具有访客查询、删除、打印、导出功能见图（二）访客历史记录访客历史记录主要查询历史人员进出访客记录可查询所有访客人员和符合查询条件的访客人员，有查询、删除、打印、导出、功能详见图（三）访客实时监控1、访客实时监控可监测访客控制器访客人员和内部人员进出信息2、访客实时监控可监测所有控制器访客人员和内部人员进出信息，3、访客实时监控有查询、删除、打印、导出功能，控制器监控权限设定用鼠标左击监控所有控制器就可设定详见图（四）访客控制器V3216N-RS(双门控制器)通信采用128位AES安全加密的TCP/IP通信方式、支持局域网和广域网联网、是面向大型集团客户或需要远程高安全门禁管理的客户。
基于Linux的ARM9远程客车监控系统
摄 模 －ｕ 控 器 一 像头 块 ＿ Ｂ 制 Ｉ ｓ
黜￣ Ｇ ｈ Ｐ
：
串口 制器ｌ 控
ｌ
ｌ、
０ ７２ Ｖ ６ ０是 一 款 高 集 成 度 、 分 辨 率 的彩 色 图 像 传感 器 。 高 其 分 辨 率 为 ６ ０ ４ ０ （０万 像 素 ） ４ｘ８ ３ ，传 输 速 率 可 达 ３ ０帧／ 。 秒
第２ ０卷 第 １ 期
Ｖｏ ．０ １ ２
Ｎｏ １ ．
电 子 设 计 工 程
Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
２１ ０ ２年 １月
Ｊｎ ２ １ ａ． ０２
基才 Ｌｎ ｘ的 ＡＲ ｉｕ Ｍ９远程 客车监控 系统
张 雪 ，李 欣 ，樊迎 迎
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｉ ｎ ｔ ｈ ｎ ｖ ｒ ａ ｘ ｓｅ ｃ ｒ ｂ ｅ ｏ ｅ ｌｎ ｉｔ ｎ ｅｂ ｓｏ ｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ， ｃ ｅ ｆ ｈ ｅ ｔ ｎ ｔ ｒ ｇ ｓ ｒ ｃ ： ｍｉ ｇａ ｅｕ ｉ ｅ ｓ ｌ ｉｔｎ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆ ｈ ｇ ｄ ｓａ ｃ ｕ ｖ ｒ ｒ ｗ ｉ ｇ ａｓ ｈ ｍｅｏ ｅ ｒ ｍｏ ｅｍｏ ｉ ｉ ｔ ｅ ｔ ｏ ｔ ｏｎ ｓ ｓｅ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｅ ｎ ＧＰ ／ ＲＳ ｈ ｃ ｅ ｄ ｐ ｓｔ ｅ ＡＲＭ ｃ ｒ ｃ ｓｏ ｎ ｍｂ ｄ ｅ ｉｕ ｐ ｒ ｔ ｇ ｓ ｓｅ ｙ ｔｍ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ＳＧＰ ，ｔ ｅ ｓ ｈ ｍｅ ａ ｏ ｔ ｈ ｓ ｍｉｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒａ ｄ ｅ ｅ ｄ ｄ Ｌ ｎ ｘ ｏ ｅ ａｉ ｙ ｔｍ ｏ ｎ
Ｇ
监控中
简述cmos图像传感器的工作原理及应用
简述CMOS图像传感器的工作原理及应用1. 工作原理CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor）作为一种常见的图像采集装置，在各种电子设备中被广泛应用。
它的工作原理主要包括以下几个步骤：1.1 光电转换当光线照射到CMOS图像传感器上时，光子会与图像传感器中的感光单元发生相互作用。
每个感光单元由一个光电二极管和一个储存电荷的电容器组成。
光电二极管的特殊结构使得它能够将光子转化为电荷。
1.2 电荷收集当感光单元吸收到光子后，光电二极管中的电子将被释放出来并存储在电容器中。
这个过程称为电荷收集。
光线越强，释放的电子就越多，储存在电容器中的电荷也就越多。
1.3 信号放大和采集为了确保图像的准确性和清晰度，接下来对储存的电荷进行放大和采集。
在CMOS图像传感器中，每个感光单元都有相应的输出线路，将电荷转化为电压信号，并经过放大电路进行信号放大。
1.4 数字转换放大后的模拟信号需要经过模数转换器（ADC）进行转换，将模拟信号转化为数字信号。
数字信号可以直接处理、存储和传输。
1.5 数据处理经过数字转换后，图像数据可以进行相关处理，如去噪、增强、压缩等。
处理后的图像可以输出到显示屏、存储设备或其他外部设备进行应用。
2. 应用2.1 摄像头CMOS图像传感器在摄像头中得到了广泛应用。
由于其低功耗、高集成度和成本效益等特点，CMOS图像传感器取代了传统的CCD图像传感器，成为主流的图像采集技术。
摄像头的应用领域包括智能手机、监控摄像机、数码相机等。
2.2 自动驾驶CMOS图像传感器在自动驾驶系统中发挥着重要的作用。
它可以捕捉到路面上的图像信息，识别道路标志、车辆、行人等障碍物，并将这些数据传输给自动驾驶系统进行处理和决策，从而实现自动驾驶功能。
2.3 医学影像在医学影像领域，CMOS图像传感器可以用于X光成像、透视成像和内窥镜等诊断设备中。
它可以高效地捕捉和记录患者的影像信息，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
基于单片机实现FBG传感器的数据采集
基于单片机实现FBG传感器的数据采集FBG传感器是一种利用光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）原理进行测量的传感器。
FBG传感器具有很高的灵敏度、抗干扰能力、多通道测量能力等特点，被广泛应用于温度、压力、应变等物理量的测量领域。
本文将基于单片机实现FBG传感器的数据采集过程，并通过代码说明实现的具体步骤。
一、系统设计基于单片机的FBG传感器数据采集系统主要由光纤传感器、光纤光栅测量装置、信号调理电路、单片机和显示设备等组成。
其中，光纤传感器将物理量转化为光学信号，光纤光栅测量装置将光学信号转化为电信号，信号调理电路对电信号进行放大和滤波处理，单片机负责采集和处理数据，显示设备用于显示结果。
二、采集电路设计在FBG传感器数据采集系统中，信号调理电路起到放大和滤波作用，以保证采集的信号质量。
常规的信号调理电路一般由放大器、滤波器和模数转换器等组成。
放大器部分采用差动放大器设计，以提高信噪比和抑制共模干扰。
滤波器部分采用低通滤波器设计，去除高频噪声。
三、单片机编程设计单片机负责采集和处理FBG传感器的数据。
在采集过程中，首先需要初始化ADC、串口和定时器等模块。
接着，设置合适的ADC参数，以达到适当的分辨率和采样速率。
然后，通过定时器中断来触发ADC的转换，将转换结果存储到相应的寄存器中。
在数据处理过程中，可以根据需要进行数据的滤波、校准、标定等处理。
滤波可以采用一些常用的滤波算法，如中值滤波、均值滤波等。
校准可以通过在标准条件下对FBG传感器进行校准，获得校准系数，并在数据处理中应用。
最后，将处理后的数据通过串口发送给上位机，或通过显示设备直接显示。
四、实验结果在实验中，我们采用了一款基于ARM Cortex-M系列单片机的开发板作为硬件平台，通过编写适配的软件代码实现了FBG传感器的数据采集。
实验结果表明，FBG传感器的数据可以准确采集，并且实验数据与标准值之间的误差很小。
CMOS工作原理及应用PPT课件
首先进入“复位状态”,M1打开,对
光敏二极管复位然后进入“取样状
态”,M1关闭,光照射到光敏二极管 M2上产生光生载流子,并通过源踉 随器放大输出,纂启进入。读击状 态”,这时行选通管M3打开,信号通 过列总线输出。
7
2021/3/9
CMOS图像传感器的基本 工作流程
1.发生光电效应。 2.行选择逻辑单元选通相应的行 像素单元。 3.信号通过各自所在列的信号总 线传输到对应的模拟信号处理单 元以及A/D转换器。
感光组件的区别： 放大器位置和数量:比较CCD图
像传感器和CMOS图像传感器的 结构，放大器的位置和数量是最 大的不同之处 。
18
2021/3/9
性能差异： 由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现的不同点。 CCD图像传感器的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透
3
2021/3/9
CMOS图像传感器的组成
组成： CMOS图像传感器的原理
如图所示，通常由像敏单 元阵列、行驱动器、列时 序控制逻辑、A/D转换器、 数据总线输出接口、控制 接口等几部分组成，这几 部分通常都被集成在同一 块硅片上。
4
2021/3/9
CMOS图像传感器的像素阵列
CMOS图像传感器的像素阵 列由大量相同的像素单元组 成，这些相同的像素单元是 传感器的关键部分。
20
2021/3/9
CMOS图像传感器件的应用
数码相机：
CMOS在数码相机中的应用: 彩色 CMOS 摄像头在电子快门 的控制下 ,摄取一幅照片存在 DRAM 中 , 然后再转至快ROM 中存放起来。
CMOS 还可以完成其他许多功 能 , 如模数转换、负载信号处 理、处理白平衡及进行相机控 制等。目前几乎所有的初级数 码相机都是基于 CMOS 图 像传感器的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
标题：ARM 9平台下的CMOS图像传感器数据采集系统2008-06-14 10:43:29引言随着CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的发展及市场需求的增加，CMOS图像传感器得以迅速发展。
由于采用了CMOS技术，可以将像素阵列与外围支持电路（如图像传感器核心、单一时钟、所有的时序逻辑、可编程功能和A／D转换器）集成在同一块芯片上。
与CCD（电容耦合器件）图像传感器相比，CMOS图像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上，具有体积小、重量轻、功耗低、编程方便、易于控制等优点，因此，CMOS图像传感器的应用已经变得越来越广泛。
但是，目前市场上的大部分基于CMOS图像传感器的图像采集系统都是采用DSP与图像传感器相连，由DSP来控制图像传感器，然后由DSP采集到图像后再通过USB接口将图像数据传输到PC机进行后续的处理。
这样的图像采集系统成本较高，功耗大，而且体积上也有一定的限制，并不适合一些简单的应用。
本文设计了一种基于S3C2410的CMOS图像传感器数据采集系统。
该系统成本更为低廉、结构更为简单、设计更为新颖。
1、CMOS图像传感器结构性能及工作原理该系统选用OmniVision公司的OV7141黑白CMOS数字图像传感器。
OV7620是一款单片VGA模式黑白数字像机芯片，具有640×480=307 200像素，最高可以30帧／s的速度输出数字图像数据。
具有高灵敏度、宽动态范围、抗开花、零光晕等特点，所有的图像特性参数如曝光量、增益、白平衡、帧频、输出图像数据格式、图像时序信号极性、窗口大小及位置等，都可以通过SCCB接口进行设置，并可立刻生效。
OV7141的主要特性参数如下：图像尺寸为3.6 mm×2.7 mm；像素尺寸为5.6μm×5.6μm；像素数为640×480像素（VGA），320×240像素（QVGA）；信噪比>46 dB；最小照度为3.0 V／（Lux·s）；暗电流为30 mV／s；动态范围为62 dB；电源为DC 3.3 V和DC 2.5V；功耗为40 mW（工作），30μA（休眠）。
CMOS镜像阵列的设计主要建立在逐行传送的扫描场读出系统和带同步像素读出电路的电子快门之上。
而电子曝光控制算法（或系统规则）则建立在整个图（物）像亮度基础之上。
在景像（或布景）正常时，一般曝光都比较理想。
但在景像光线不适当时，则应通过AEC （自动曝光控制）白／黑比调节来使其满足应用要求。
图像采集窗口可以任意设定，数据输出方式可以选择逐行工作模式或隔行工作模式。
OV7141内部嵌入了一个8位A／D转换器，因而可以同步输出8位的数字视频流D[7…0]。
在输出数字视频流的同时，还可提供像素同步时钟PCLK，水平参考信号HREF以及帧同步信号VSYNC，以方便外部电路读取图像。
像素数据输出与PCLK、HREF、VSYNC的时序关系如图1和图2所示。
2、S3C2410简介Samsung公司推出的16／32位RISC处理器S3C2410，为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。
为了降低整个系统的成本，S3C2410提供了以下丰富的内部设备：分开的指令Cache和数据Cache，内带MMU、LCD控制器（支持 STN&TFT），支持NAND Flash系统引导，系统管理器（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA（直接存储器存取），4通道PWM（脉宽调制）定时器， I ／O端口，RTC，8通道10位A／D转换器和触摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主机，USB 设备，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及内部PLL（锁相环）时钟倍频器。
3、CMOS图像传感器与控制器接口电路设计接口电路的设计主要应考虑CMOS图像传感器与控制器S3C2410的数据输出电路接口、控制电路接口以及IIC总线接口。
3.1 数据接口模块由于CMOS图像传感器的每一个成像单元像DRAM内存的存储单元一样被单独编址，且OV7141内部嵌入了一个8位A／D转换器，因而可以同步输出8位的数字视频流D[7…0]。
因此，与其数据线连接就和DRAM一样，将数据线和S3C2410的数据总线直接连接即可。
线路连接如图3所示。
但CMOS图像传感器也有与内存不同的地方：内存在计算机系统中总是作为一个从设备来对待，只有控制器对其进行读写操作时它才打开数据总线，其他时刻为断开状态（高阻态）；而OV7141图像传感器一旦开始采集图像数据，它根本不管系统中的主控制器是否对其进行读写操作，总是按照它自己的时序向其数据总线输出数据，这样就可能造成数据总线的冲突问题。
为了避免这种总线冲突问题，需要在系统控制器的数据总线与OV7141图像传感器的数据总线之间接入一个具有三态功能的总线驱动器，该驱动器的使能端／OE由S3C2410的存储器单元片选信号nGCS1来选通，这样，控制器S3C2410对图像传感器的读写就如同读写内存一样。
3.2 控制接口模块当CMOS图像传感器工作于逐行扫描方式时，在输出一帧同步信号后将输出一帧的数据，在每一行数据前也会输出行同步信号，每一个像素有效信号触发一个点的信号输出，输出有效窗口由HREF信号决定。
由图1、图2可知，帧同步信号VSYNC标示一帧数据的开始。
然后，在每一个PCLK信号的作用下，传感器顺序地从左到右依次输出每一个像素数据。
当输出的像素数据为有效数据时，HREF为有效电平。
当一帧的所有数据都输出后，则又产生一个帧同步信号 VSYNC，开始下一帧数据的传输。
根据以上时序图的特定，可以采用DMA的传送方式来实现图像传感器到DRAM的数据传输。
可以使用帧同步信号 VSYNC来作为主控制器的一个中断输入信号，以初始化DMA控制器，用水平同步信号HREF作为一个外部中断输入信号，以统计每行数据的输出，用输出数据同步信号PCLK作为DMA传送的请求信号（Request），以请求传输一个像素的数据信息。
连接电路如图4所示。
3.3 IIC总线接口模块CMOS图像传感器目前普遍采用IIC总线功能集中的一个子集，因此该接口比一个完整的主IIC总线更简单。
硬件连接只需将OV7141的SIO_C、SIO_D分别与S3C2410的SCL、SDA相连皆可，见图4。
IIC总线由双向数据线SDA和时钟线SCL组成，用户使用集电极开路门以“线与”方式进行总线连接。
IIC总线的通信协议见图5，包括开始信号、结束信号、应答信号和数据有效等状态。
当SCL持续为高电平时，SDA由“1”跳变到“0”，表示开始信号；当SCL持续为高电平时，SDA由“0”跳变到“1”，表示结束信号；在数据传输过程中，SDA在时钟高电平时有效，低电平时更换数据。
开始和结束信号均由主IIC产生，通过SDA传输的数据以字节（8 bit）为单位，高位在前，低位在后，在每个字节后面由接收端发送一个低电平的应答信号。
其读写周期如下：当要进行IIC总线写操作时，先发送所使用的CMOS传感器特定ID写地址，紧接着发送需要写的寄存器的地址（sub_address），再发送数据（data）；当进行IIC总线读操作时，先发送所使用的CMOS传感器特定ID写地址，紧接着发送需要写的寄存器的地址（sub_address），再发送CMOS传感器特定ID读地址，最后接收数据（data）。
对于不同的CMOS传感器，它们的ID地址是不同的。
OV7141为42H（写），43H（读）。
4、CMOS图像传感器的软件驱动设计CMOS图像传感器需要控制器S3C2410的驱动才能正常工作，并输出正确的图像数据。
为了实现CMOS传感器和主存储器（DRAM）之间的快速传输，可以采用DMA方式。
DMA 是一种快速传送数据的机制，它不需要CPU的参与而实现高速外设和主存储器之间自动成批交换数据的操作方式。
由于处理端采用的是S3C2410，DMA、中断以及IIC总线接口都已经集成在控制器内部，因此，整个软件驱动只需要完成两个功能模块的设置：对主控制器 S3C2410的设置；通过SCCB口对OV7141的设置。
4.1 对主控制器S3C2410的设置a）设置DMA的源地址为控制总线驱动器的那一个地址，每一次传输该地址值不变化； b）设置DMA的目标地址为要保存图像数据的内存区域的起始地址，每一次传输该值加1；c）设置DMA的计数器为有效窗口的像素数的个数；d）设置DMA中断为软件触发，且设置PCLK、VSYNC、HREF为外部中断触发信号，以控制图像数据的输出。
4.2 通过SCCB接口对OV7141的设置a）读OV7141的1C、1D寄存器，判断芯片是否正常；b）设置13寄存器为0x07，允许AGC，允许白平衡；c）设置14寄存器为0x00，设置有效窗口为640×480像素（VGA）；d）设置17、18、19、lA寄存器，设置HREF和VSYNC信号的起始与停止；e）设置28寄存器为0x60，设置为黑白模式和逐行扫描模式。
5、实验与讨论本系统中，图像传感器的时钟由外接24 MHz的晶振供给，主控制器S3C2410工作频率为200 MHz，CMOS图像传感器OV7141工作于逐行扫描方式，图像采集窗口为640×480像素，数据保存在系统中一片SDRAM中。
实验表明，系统每秒能稳定采集到15帧图像数据。
若要提高图像采集的速率，可以再加入一块双端口SDRAM作为数据输出缓存，这样速率有所提高，但双端口SDRAM价格较贵，或者选用能工作于更高工作频率的主控制器也能提高采集速率。
本设计是基于32位处理器的嵌入式图像采集系统。
设计中直接将主控制器S3C2410与图像传感器连接，再加上一些存储芯片，构成一个简单的图像采集系统，因而与其他大多数基于PC机的图像采集系统相比具有结构简单、成本低、体积小、功耗低、通用性好等优点，特别适合一些对体积、成本、功耗有较高要求的应用，如目前市场上的指纹识别系统等。
因此，该系统具有广泛的应用价值和一定的研究意义。