關(guān)于攝像頭模組工作原理分析和應(yīng)用

一、攝像頭工作原理

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(guī)格書(shū)（針對(duì)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)用到關(guān)鍵參數(shù)，以GT2005為例）。

規(guī)格書(shū)，也就是一個(gè)器件所有的說(shuō)明，精確到器件每一個(gè)細(xì)節(jié)，軟件關(guān)心的寄存器、硬件關(guān)心的電氣特性、封裝等等。單單驅(qū)動(dòng)方面，我們只看對(duì)我們有用的方面就可以了，沒(méi)必要全部看完。主要這樣資料全都是鳥(niǎo)語(yǔ)（En）,全部看完一方面時(shí)間上會(huì)用的比較多，找到關(guān)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(shù)據(jù)輸出為攝像頭拍攝的圖傳到主控芯片，所有要有data、行場(chǎng)同步和時(shí)鐘號(hào)。GT2005/GT2015是CMOS接口的圖像傳感器芯片，可以感知外部的視覺(jué)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出。

我們需要通過(guò)MCLK給攝像頭提供時(shí)鐘，RESET是復(fù)位線，PWDN在攝像頭工作時(shí)應(yīng)該始終為低。PCLK是像素時(shí)鐘，HREF是行參考信號(hào)，VSYNC是場(chǎng)同步信號(hào)。一旦給攝像頭提供了時(shí)鐘，并且復(fù)位攝像頭，攝像頭就開(kāi)始工作了，通過(guò)HREF，VSYNC和PCLK同步傳輸數(shù)字圖像信號(hào)。 數(shù)據(jù)是通過(guò)D0~D7這八根數(shù)據(jù)線并行送出的。

（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(shuō)攝像頭為1600X1200的時(shí)候，像素點(diǎn)要多于這個(gè)，去除邊緣一部分，保證圖像質(zhì)量吧。

（2）、IIC 這個(gè)不用說(shuō)了，攝像頭寄存器初始化的數(shù)據(jù)都從這里傳輸?shù)?，所有的IIC器件都一樣的工作，來(lái)張圖吧，后面做詳細(xì)分析；

下面這一部分在調(diào)試驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中比較重要了：

（3）、MCLK

電子元件工作都得要個(gè)時(shí)鐘吧，攝像頭要工作，這個(gè)就是我們所要的時(shí)鐘，在主控制芯片提供，這個(gè)時(shí)鐘一定要有，要不然攝像頭不會(huì)工作的。

（4）、上下電時(shí)序，這個(gè)要接規(guī)格書(shū)上來(lái)，注間PWDN、RESETB這兩個(gè)腳，不同的攝像頭不太一樣，這個(gè)圖是上電時(shí)序，上電時(shí)參考一下，知道在那里看就行；

（5）PCLK \D1~D7

攝像頭得到的數(shù)據(jù)要傳出來(lái)吧，要有數(shù)據(jù)，當(dāng)然數(shù)據(jù)出來(lái)要有時(shí)鐘和同步信號(hào)了，看下它的時(shí)序，和LCD顯示的時(shí)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(zhuǎn)

以上工作完成后，也許還有一些問(wèn)題，分辨率太小； YUV順序不對(duì)圖像不對(duì)； XY圖像方向。這些工作完成后，如果還有什么細(xì)節(jié)的問(wèn)題，如果你想花時(shí)間，看規(guī)格書(shū)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(zhuān)業(yè)的，很快會(huì)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(gè)看著有點(diǎn)抽像，我們放這里，先了解一下，其實(shí)驅(qū)動(dòng)中一般不會(huì)涉及到這里，不過(guò)我們這里分析了，就把這個(gè)帶出來(lái)了）

（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(shù)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(hào)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(zhuǎn)（Ｘ軸、Ｙ軸鏡相,90、180、270翻轉(zhuǎn)）；

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(shù)據(jù)要CPU無(wú)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(shù)據(jù)傳給控制器，經(jīng)過(guò)控制器處理（裁剪拉升后直接預(yù)覽或者編碼）之后交給CPU處理。實(shí)際上攝像頭工作需要的時(shí)鐘（MCLK）也是FIMC給它提供的。

在s5pv310上的攝像頭接口是一個(gè)FIMC(完全交互式移動(dòng)相機(jī)接口),支持ITUR BT-601-605標(biāo)準(zhǔn)、AMX接口、MIPI接口

MIPI 、ITU、AMX

（1）、ITU國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門(mén)ITU-RRadiocommunication Sector of ITU 簡(jiǎn)稱(chēng)ITU-RITU-R BT.601 16位數(shù)據(jù)傳輸；Y、U、V信號(hào)同時(shí)傳輸，是并行數(shù)據(jù)，行場(chǎng)同步單獨(dú)輸出。
ITU-R BT.6568/10位數(shù)據(jù)傳輸；不需要同步信號(hào)；串行數(shù)據(jù)傳輸；傳輸速率是601的2倍；先傳Y，后傳UV。行場(chǎng)同步信號(hào)嵌入在數(shù)據(jù)流中。

（2）、MIPI（移動(dòng)行業(yè)處理器接口）是MobileIndustry Processor Interface的縮寫(xiě) MIPI 規(guī)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(xié)議，該協(xié)議是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller BusArchitecture）3.0協(xié)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(nèi)總線。

3、接口信息

FIMC信號(hào)定義如下所示(YCbCr模式)

通過(guò)CAM_MCLK給攝像頭提供時(shí)鐘，RST是復(fù)位線，PWDN在攝像頭工作時(shí)應(yīng)該始終為低。HREF是行參考信號(hào)，PCLK是像素時(shí)鐘，VSYNC是場(chǎng)同步信號(hào)。一旦給攝像頭提供了時(shí)鐘，并且復(fù)位攝像頭，攝像頭就開(kāi)始工作了，通過(guò)HREF，PCLK和VSYNC同步傳輸數(shù)字圖像信號(hào)。數(shù)據(jù)是通過(guò)DATA0~DATA7這八根數(shù)據(jù)線并行送出的。

4、不同接口模式的工作時(shí)序

ITU-R BT 656輸入時(shí)序圖,這種方式下同步信號(hào)已經(jīng)內(nèi)嵌到視頻數(shù)據(jù)中了，因此不需要額外的行和幀同步信號(hào)。

ITU-R BT 601輸入時(shí)序圖,這種方式下行和幀同步信號(hào)獨(dú)立于視頻數(shù)據(jù)，因此需要同步信號(hào)。

（ITU-R BT 601: 16位數(shù)據(jù)傳輸；21芯；Y、U、V信號(hào)同時(shí)傳輸。
ITU-R BT 656: 9芯，不需要同步信號(hào)；8位數(shù)據(jù)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(hào)的時(shí)延參數(shù)

? t1：表示VSYNC前、后插入周期

? t2：表示HREF前插入周期

? t3：表示 HREF寬度

? t4：表示HREF后插入周期

５、camera的時(shí)鐘域，三個(gè)時(shí)鐘：系統(tǒng)時(shí)鐘、PCLK、MCLK

每個(gè)攝像頭接口包括三個(gè)時(shí)鐘域，每一個(gè)時(shí)鐘域是系統(tǒng)總線時(shí)鐘，第二個(gè)是攝像頭像素時(shí)鐘PCLK，第三個(gè)時(shí)鐘域?yàn)閮?nèi)部時(shí)鐘MCLK。系統(tǒng)總線時(shí)鐘必需高于PCLK， CAM_MCLK 必需固定頻率分頻，如PLL時(shí)鐘。如果有外部時(shí)鐘晶振，CAM_MCLK 空掉。不需要同步ＭMCLK，PCLK應(yīng)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