OV5640学习笔记.docx-资料库

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第1页.png

第1页 / 共34页

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第2页.png

第2页 / 共34页

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第3页.png

第3页 / 共34页

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第4页.png

第4页 / 共34页

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第5页.png

第5页 / 共34页

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第6页.png

第6页 / 共34页

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第7页.png

第7页 / 共34页

73648c5e-dfa0-4534-8898-4f7db5166044.docx.pdf-第8页.png

第8页 / 共34页

1 摄像头 OV5640 简介在各类信息中，图像含有最丰富的信息，作为机器视觉领域的核心部件，摄像头被广泛地应用在安防、探险以及车牌检测等场合。摄像头按输出信号的类型来看可以分为数字摄像头和模拟摄像头，按照摄像头图像传感器材料构成来看可以分为 CCD 和 CMOS。现在智能手机的摄像头绝大部分都是 CMOS 类型的数字摄像头。 1.1 数字摄像头跟模拟摄像头区别 输出信号类型数字摄像头输出信号为数字信号，模拟摄像头输出信号为标准的模拟信号。 接口类型数字摄像头有 USB 接口(比如常见的 PC 端免驱摄像头)、IEE1394 火线接口(由苹果公司领导的开发联盟开发的一种高速度传送接口，数据传输率高达 800Mbps)、千兆网接口（网络摄像头）。模拟摄像头多采用 AV 视频端子（信号线+地线）或 S-VIDEO（即莲花头--SUPER VIDEO，是一种五芯的接口，由两路视频亮度信号、两路视频色度信号和一路公共屏蔽地线共五条芯线组成）。 分辨率模拟摄像头的感光器件，其像素指标一般维持在 752(H)*582(V)左右的水平，像素数一般情况下维持在 41 万左右。现在的数字摄像头分辨率一般从数十万到数千万。但这并不能说明数字摄像头的成像分辨率就比模拟摄像头的高，原因在于模拟摄像头输出的是模拟视频信号，一般直接输入至电视或监视器，其感光器件的分辨率与电视信号的扫描数呈一定的换算关系，图像的显示介质已经确定，因此模拟摄像头的感光器件分辨率不是不能做高，而是依据于实际情况没必要做这么高。 1.2 CCD 与 CMOS 的区别摄像头的图像传感器 CCD 与 CMOS 传感器主要区别如下： 成像材料 CCD 与 CMOS 的名称跟它们成像使用的材料有关，CCD 是"电荷耦合器件"(Charge Coupled Device)的简称，而 CMOS 是"互补金属氧化物半导体"(Complementary Metal Oxide Semiconductor)的简称。 功耗由于 CCD 的像素由 MOS 电容构成，读取电荷信号时需使用电压相当大(至少 12V)的二相或三相或四相时序脉冲信号，才能有效地传输电荷。因此 CCD 的取像系统除了要有多个电源外，其外设电路也会消耗相当大的功率。有的 CCD 取像系统需消耗 2~5W 的功率。而 CMOS 光电传感器件只需使用一个单电源 5V 或 3V，耗电量非常小，仅为 CCD 的 1/8~1/10，有的 CMOS 取像系统只消耗 20~50mW 的功率。 成像质量 CCD 传感器件制作技术起步早，技术成熟，采用 PN 结或二氧化硅(sio2)隔离层隔离噪声，所以噪声低，成像质量好。与 CCD 相比，CMOS 的主要缺点是噪声高及灵敏度低，不过现在随着 CMOS 电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的 CMOS 传感器件提供了良好的条件，现在的 CMOS 传感器已经占领了大部分的市场，主流的单反相机、智能手机都已普遍采用 CMOS 传感器。 2 OV5640 摄像头本章主要讲解实验板配套的摄像头，它的实物见图 461，该摄像头主要由镜头、图像传感器、板载电路及下方的信号引脚组成。

图461 实验板配套的OV5640 摄像头镜头部件包含一个镜头座和一个可旋转调节距离的凸透镜，通过旋转可以调节焦距，正常使用时，镜头座覆盖在电路板上遮光，光线只能经过镜头传输到正中央的图像传感器，它采集光线信号，然后把采集得的数据通过下方的信号引脚输出数据到外部器件。 2.1 OV5640 传感器简介图像传感器是摄像头的核心部件，上述摄像头中的图像传感器是一款型号为 OV5640 的 CMOS 类型数字图像传感器。该传感器支持输出最大为 500 万像素的图像 (2592x1944 分辨率)，支持使用 VGA 时序输出图像数据，输出图像的数据格式支持 YUV(422/420)、YCbCr422、RGB565 以及 JPEG 格式，若直接输出 JPEG 格式的图像时可大大减少数据量，方便网络传输。它还可以对采集得的图像进行补偿，支持伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等基础处理。根据不同的分辨率配置，传感器输出图像数据的帧率从 15-60 帧可调，工作时功率在 150mW-200mW 之间。 2.2 OV5640 引脚及功能框图 OV5640 模组带有自动对焦功能，引脚的定义见图 462。信号引脚功能介绍如下，介绍如下表 461。图462OV5640 传感器引脚分布图

管脚名称管脚类型管脚描述表461OV5640 管脚 SIO_C SIO_D RESET PWDN HREF VSYNC PCLK XCLK 输入 I/O 输入输入输出输出输出输入 SCCB 总线的时钟线，可类比 I2C 的 SCL SCCB 总线的数据线，可类比 I2C 的 SDA 系统复位管脚，低电平有效掉电/省电模式，高电平有效行同步信号帧同步信号像素同步时钟输出信号外部时钟输入端口，可接外部晶振 Y2…Y9 下面我们配合图 463 中的 OV5640 功能框图讲解这些信号引脚。像素数据输出端口输出 (5) 控制寄存器图463OV5640 功能框图标号处的是 OV5640 的控制寄存器，它根据这些寄存器配置的参数来运行，而这些参数是由外部控制器通过 SIO_C 和 SIO_D 引脚写入的，SIO_C 与 SIO_D 使用的通讯协议跟 I2C 十分类似，在 STM32 中我们完全可以直接用 I2C 硬件外设来控制。

(6) 通信、控制信号及时钟标号处包含了 OV5640 的通信、控制信号及外部时钟，其中 PCLK、HREF 及 VSYNC 分别是像素同步时钟、行同步信号以及帧同步信号，这与液晶屏控制中的信号是很类似的。RESETB 引脚为低电平时，用于复位整个传感器芯片，PWDN 用于控制芯片进入低功耗模式。注意最后的一个 XCLK 引脚，它跟 PCLK 是完全不同的， XCLK 是用于驱动整个传感器芯片的时钟信号，是外部输入到 OV5640 的信号；而 PCLK 是 OV5640 输出数据时的同步信号，它是由 OV5640 输出的信号。XCLK 可以外接晶振或由外部控制器提供，若要类比 XCLK 之于 OV5640 就相当于 HSE 时钟输入引脚与 STM32 芯片的关系，PCLK 引脚可类比 STM32 的 I2C 外设的 SCL 引脚。 (7) 感光矩阵标号处的是感光矩阵，光信号在这里转化成电信号，经过各种处理，这些信号存储成由一个个像素点表示的数字图像。 (8) 数据输出信号标号处包含了 DSP 处理单元，它会根据控制寄存器的配置做一些基本的图像处理运算。这部分还包含了图像格式转换单元及压缩单元，转换出的数据最终通过 Y0-Y9 引脚输出，一般来说我们使用 8 根据数据线来传输，这时仅使用 Y2-Y9 引脚，OV5640 与外部器件的连接方式见图 464。 (9) 数据输出信号图464 8 位数据线接法标号⑤处为 VCM 处理单元，他会通过图像分析来实现图像的自动对焦功能。要实现自动对焦还需要下载自动对焦固件到模组，后面摄像头实验详细介绍这个功能。 46.2.3 SCCB 时序外部控制器对 OV5640 寄存器的配置参数是通过 SCCB 总线传输过去的，而 SCCB 总线跟 I2C 十分类似，所以在 STM32 驱动中我们直接使用片上 I2C 外设与它通讯。SCCB 与标准的 I2C 协议的区别是它每次传输只能写入或读取一个字节的数据，而 I2C 协议是支持突发读写的，即在一次传输中可以写入多个字节的数据(EEPROM 中的页写入时序即突发写)。关于 SCCB 协议的完整内容可查看配套资料里的《SCCB 协议》文档，下面我们简单介绍下。 SCCB 的起始、停止信号及数据有效性 SCCB 的起始信号、停止信号及数据有效性与 I2C 完全一样，见图 465 及图 466。 起始信号：在为高电平时，出现一个下降沿，则开始传输。 停止信号：在为高电平时，出现一个上升沿，则停止传输。

数据有效性：除了开始和停止状态，在数据传输过程中，当为高电平时，必须保证上的数据稳定，也就是说，上的电平变换只能发生在为低电平的时候，的信号在为高电平时被采集。图465SCCB 停止信号图466SCCB 的数据有效性 SCCB 数据读写过程在 SCCB 协议中定义的读写操作与 I2C 也是一样的，只是换了一种说法。它定义了两种写操作，即三步写操作和两步写操作。三步写操作可向从设备的一个目的寄存器中写入数据，见图 467。在三步写操作中，第一阶段发送从设备的 ID 地址+W 标志(等于 I2C 的设备地址：7 位设备地址 +读写方向标志)，第二阶段发送从设备目标寄存器的 16 位地址，第三阶段发送要写入寄存器的 8 位数据。图中的"X"数据位可写入 1 或 0，对通讯无影响。而两步写操作没有第三阶段，即只向从器件传输了设备 ID+W 标志和目的寄存器的地址，见图 468。两步写操作是用来配合后面的读寄存器数据操作的，它与读操作一起使用，实现 I2C 的复合过程。图467SCCB 的三步写操作图468SCCB 的两步写操作两步读操作，它用于读取从设备目的寄存器中的数据，见图 469。在第一阶段中发送从设备的设备 ID+R 标志(设备地址+读方向标志)和自由位，在第二阶段中读取寄存器中的 8 位数据和写 NA 位(非应答信号)。由于两步读操作没有确定目的寄存器的地址，所以在读操作前，必需有一个两步写操作，以提供读操作中的寄存器地址。

图469SCCB 的两步读操作可以看到，以上介绍的 SCCB 特性都与 I2C 无区别，而 I2C 比 SCCB 还多出了突发读写的功能，所以 SCCB 可以看作是 I2C 的子集，我们完全可以使用 STM32 的 I2C 外设来与 OV5640 进行 SCCB 通讯。 46.2.4 OV5640 的寄存器控制 OV5640 涉及到它很多的寄存器，可直接查询《ov5640datasheet》了解，通过这些寄存器的配置，可以控制它输出图像的分辨率大小、图像格式及图像方向等。要注意的是 OV5640 寄存器地址为 16 位。官方还提供了一个《OV5640_自动对焦照相模组应用指南(DVP_接口)__R2.13C.pdf》的文档，它针对不同的配置需求，提供了配置范例，见图 4610。其中 write_SCCB 是一个利用 SCCB 向寄存器写入数据的函数，第一个参数为要写入的寄存器的地址，第二个参数为要写入的内容。图4610 调节帧率的寄存器配置范例 46.2.5 像素数据输出时序对 OV5640 采用 SCCB 协议进行控制，而它输出图像时则使用 VGA 时序(还可用 SVGA、 UXGA，这些时序都差不多)，这跟控制液晶屏输入图像时很类似。OV5640 输出图像时，一帧帧地输出，在帧内的数据一般从左到右，从上到下，一个像素一个像素地输出(也可通过寄存器修改方向)，见图 4611。

图4611 摄像头数据输出例如，图 4612，若我们使用 Y2-Y9 数据线，图像格式设置为 RGB565，进行数据输出时，Y2- Y9 数据线会在 1 个像素同步时钟 PCLK 的驱动下发送 1 字节的数据信号，所以 2 个 PCLK 时钟可发送 1 个 RGB565 格式的像素数据。像素数据依次传输，每传输完一行数据时，行同步信号 HREF 会输出一个电平跳变信号，每传输完一帧图像时，VSYNC 会输出一个电平跳变信号。图4612DVP 接口时序

FPGA 配置 OV5640 摄像头及 RGB 图像数据采集本文设计思想采用明德扬至简设计法。在做摄像头数据采集处理之前，需要配置 OV5640 传感器内部寄存器使其按要求正常工作，详细内容请参见《OV5640 自动对焦照相模组应用指南》。首先要关注 OV5640 的上电时序：主控制器控制 RESET PWDN 两个信号按上电时序要求变化，之后允许 ov_config 模块配置内部寄存器。这里始终将 PWDN 拉低。实验中将摄像头分辨率设置为 720p，即 1280*720 ，帧率为 30fps，图像输出格式是 RGB565。此时摄像头输入时钟 XCLK 频率 24MHz，输出像素时钟 PCLK 为 84MHz。由于实验使用的是 OV5640 双目摄像头模组，且 XCLK 由外部 24MHz 晶振给出，故 ov_config 模块整体结构及端口定义如下： setup 模块构造上电时序，两个 reg_config 分别配置一个 OV5640 摄像头。SCCB_interface 子模块负责 SCCB 协议读写寄存器数据。由于 OV5640 摄像头内部寄存器地址为 16 位，因此写寄存器地址阶段分高低字节两次写入。 datasheet 中给出了 OV5640 的 SCCB ID 地址（写），故读 ID 地址为 0X79。

资料库

OV5640学习笔记.docx

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料