攝像頭工作原理


一、攝像頭工作原理

上一篇我們講了攝像頭模組的組成,工作原理,做為一種了解。下面我們析攝像頭從寄存器角度是怎么工作的。如何閱讀攝像頭規格書(針對驅動調節時用到關鍵參數,以GT2005為例)。

規格書,也就是一個器件所有的說明,精確到器件每一個細節,軟件關心的寄存器、硬件關心的電氣特性、封裝等等。單單驅動方面,我們只看對我們有用的方面就可以了,沒必要全部看完。主要這樣資料全都是鳥語(En),全部看完一方面時間上會用的比較多,找到關鍵的地方就行了。

1、camera的總體示意圖如下:控制部分為攝像頭上電、IIC控制接口,數據輸出為攝像頭拍攝的圖傳到主控芯片,所有要有data、行場同步和時鍾號。GT2005/GT2015是CMOS接口的圖像傳感器芯片,可以感知外部的視覺信號並將其轉換為數字信號並輸出。

       我們需要通過MCLK給攝像頭提供時鍾,RESET是復位線,PWDN在攝像頭工作時應該始終為低。PCLK是像素時鍾,HREF是行參考信號,VSYNC是場同步信號。一旦給攝像頭提供了時鍾,並且復位攝像頭,攝像頭就開始工作了,通過HREF,VSYNC和PCLK同步傳輸數字圖像信號。 數據是通過D0~D7這八根數據線並行送出的。

    

(1)、Pixel Array

       GT2005陣列大小為 1268 列、1248 行,有效像素為 1616 列, 1216 行。也就是說攝像頭為1600X1200的時候,像素點要多於這個,去除邊緣一部分,保證圖像質量吧。

(2)、IIC 這個不用說了,攝像頭寄存器初始化的數據都從這里傳輸的,所有的IIC器件都一樣的工作,來張圖吧,后面做詳細分析;

        

下面這一部分在調試驅動的過程中比較重要了:

(3)、MCLK

電子元件工作都得要個時鍾吧,攝像頭要工作,這個就是我們所要的時鍾,在主控制芯片提供,這個時鍾一定要有,要不然攝像頭不會工作的。

(4)、上下電時序,這個要接規格書上來,注間PWDN、RESETB這兩個腳,不同的攝像頭不太一樣,這個圖是上電時序,上電時參考一下,知道在那里看就行;

            

 

 

 

(5)PCLK \D1~D7

攝像頭得到的數據要傳出來吧,要有數據,當然數據出來要有時鍾和同步信號了,看下它的時序,和LCD顯示的時序一樣,道理是一樣的:

                

(6)、主要的寄存器:分辨率、YUV順序、X軸、Y軸鏡相、翻轉

以上工作完成后,也許還有一些問題,分辨率太小; YUV順序不對圖像不對; XY圖像方向。這些工作完成后,如果還有什么細節的問題,如果你想花時間,看規格書里面的寄存器可以解決的,如果不想看,找模組廠的FAE,他們專業的,很快會幫你搞定。

(7)、攝像頭的硬件接口

                             

二、S5pv310上Camera主控芯片上的硬件接口

1、CAMIF   Camera Interface

先看一下攝像頭接口框圖:(這個看着有點抽像,我們放這里,先了解一下,其實驅動中一般不會涉及到這里,不過我們這里分析了,就把這個帶出來

          

(1)、攝像頭接口的主要屬性:

a、支持多種輸入接口:(就是上面我們看到的四模式)

    DMA (AXI 64-bitinterface) 模式;

    MIPI (CSI) 模式;

    ITU-R BT 601/ 656/ 709模式;

    Direct FIFO (PlayBack)模式;

b、支持多種輸出模式:

    DMA (AXI 64-bitinterface) 模式;

    Direct FIFO 模式;

c、支持數碼變焦Digital Zoom In (DZI) capability;

d、支持多攝像頭輸入;

e、 支持視頻同步信號極性可編程控制;

f、支持最大輸入分辨率為8192X8192;

g、支持圖像翻轉(X軸、Y軸鏡相,90、180、270翻轉);

h、支持多種圖片格式; 

i、支持捕獲幀控制;

j、支持的圖像特效。

2、FIMC  Fully InteractiveMobile Camera

    攝像頭的采集的數據要CPU無法直接處理,主控芯片里面集成了Camera控制器,叫FIMC(FullyInteractive Mobile Camera)。攝像頭需要先把圖像數據傳給控制器,經過控制器處理(裁剪拉升后直接預覽或者編碼)之后交給CPU處理。實際上攝像頭工作需要的時鍾(MCLK)也是FIMC給它提供的。

    在s5pv310上的攝像頭接口是一個FIMC(完全交互式移動相機接口),支持ITUR BT-601-605標准、AMX接口、MIPI接口

MIPI 、ITU、AMX

(1)、ITU國際電信聯盟無線電通信部門ITU-RRadiocommunication Sector of ITU 簡稱ITU-RITU-R BT.601 16位數據傳輸;Y、U、V信號同時傳輸,是並行數據,行場同步單獨輸出。. U4 O* n* G+ ], g ITU-R BT.6568/10位數據傳輸;不需要同步信號;串行數據傳輸;傳輸速率是601的2倍;先傳Y,后傳UV。行場同步信號嵌入在數據流中。

(2)、MIPI(移動行業處理器接口)是MobileIndustry Processor Interface的縮寫 MIPI 規范:Camera工作組:MIPI Camera Serial Interface 1.0specification .Camera Serial Interface 2 v1.0 (CSI-2)

(3)、AMX(Advanced eXtensible Interface)是一種總線協議,該協議是ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller BusArchitecture)3.0協議中最重要的部分,是一種面向高性能、高帶寬、低延遲的片內總線。

3、接口信息

FIMC信號定義如下所示(YCbCr模式)

Signal
I/O
Description
   Type
HREF
I
行同步信號
 
PCLK
I
像素時鍾
DATA[7:0]
I
像素數據
FIELD
O
FIELD信號
MCLK
O
系統時鍾信號

 

通過CAM_MCLK給攝像頭提供時鍾,RST是復位線,PWDN在攝像頭工作時應該始終為低。HREF是行參考信號,PCLK是像素時鍾,VSYNC是場同步信號。一旦給攝像頭提供了時鍾,並且復位攝像頭,攝像頭就開始工作了,通過HREF,PCLK和VSYNC同步傳輸數字圖像信號。數據是通過DATA0~DATA7這八根數據線並行送出的

                     

4、不同接口模式的工作時序

ITU-R BT 656輸入時序圖,這種方式下同步信號已經內嵌到視頻數據中了,因此不需要額外的行和幀同步信號。 

 

 

 

ITU-R BT 601輸入時序圖,這種方式下行和幀同步信號獨立於視頻數據,因此需要同步信號。

     

(ITU-R BT 601: 16位數據傳輸;21芯;Y、U、V信號同時傳輸。  6 ~7 R* d% L” Q0 W+ x ITU-R BT 656: 9芯,不需要同步信號;8位數據傳輸;串行視頻傳輸;傳輸速率是601的2倍;先傳Y,后傳UV。)

同步信號的時延參數

Ø        t1:表示VSYNC前、后插入周期

Ø        t2:表示HREF前插入周期

Ø        t3:表示 HREF寬度

Ø        t4:表示HREF后插入周期

+ h( r5 ~  `4 c: _3 i! t4 A: F+ ]& d

5、camera的時鍾域,三個時鍾:系統時鍾、PCLK、MCLK

  每個攝像頭接口包括三個時鍾域,每一個時鍾域是系統總線時鍾,第二個是攝像頭像素時鍾PCLK,第三個時鍾域為內部時鍾MCLK。系統總線時鍾必需高於PCLK, CAM_MCLK 必需固定頻率分頻,如PLL時鍾。如果有外部時鍾晶振,CAM_MCLK 空掉。不需要同步MMCLK,PCLK應該與schmitt-triggered電平移位器連接。

            

6、硬件接口電路

主控芯片上的接口:

       

camera 接口

    


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