OV426硬件設(shè)計(jì)方案-CCU（相機(jī)控制單元）

使用OVM6946和OV426設(shè)計(jì)內(nèi)窺鏡吧！

決戰(zhàn)1mm，OVM6946內(nèi)窺FPGA方案開(kāi)源

這篇來(lái)寫(xiě)硬件分析，這篇文章是個(gè)大的雜合體，如果有什么不對(duì)的地方請(qǐng)指教。

主要是我沒(méi)有大哥FPGA的功力，我只能用現(xiàn)成的轉(zhuǎn)換方案了。

但是所有的方案都是流式處理，對(duì)于圖像處理來(lái)說(shuō)，永遠(yuǎn)都是等著前一級(jí)的處理完才能干活。

所以都是：橋接處理器（同步輸出），數(shù)字信號(hào)將被圖像信號(hào)處理器(ISP)處理，最后輸出圖像數(shù)據(jù)。

其中中低端的內(nèi)窺鏡用圖像傳感器，主要是以O(shè)V的為主：

有OV6946+OV426、OV6948+OV426、OV9734、OH02A1S（帶近紅外增強(qiáng)）、OH0TA10+普通ADC（這顆料據(jù)說(shuō)是業(yè)界最小，400×400相素，封裝尺寸只有550μm*550μm）、DH01A10。

來(lái)自ZYNQ的一張圖，這里就看DVP和SCCB的接口

接口是4個(gè)，ADC+SPI是相機(jī)側(cè)的，IIC+DVP并口是輸出側(cè)的

穩(wěn)妥

另外OV其實(shí)也是給了一系列的現(xiàn)成的解決方案：

五款

這個(gè)是處理完又是DVP輸出去了，命令可以使用串口來(lái)控制

這個(gè)一看就很重型，直接USB輸出

這個(gè)是追求實(shí)時(shí)性，沒(méi)有過(guò)多的緩存

這個(gè)是注重外設(shè)控制

有時(shí)候是好幾個(gè)攝像頭儀器拍攝，各個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行同步曝光：

同步曝光：關(guān)于 FSIN 引腳用于同步曝光的功能，可以通過(guò)外部信號(hào)來(lái)同步多個(gè)攝像頭的曝光時(shí)間，確保它們捕獲圖像的時(shí)刻是一致的。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)需要在設(shè)計(jì)中額外添加對(duì) FSIN 信號(hào)的支持，以確保能夠正確地控制和同步曝光。 內(nèi)部時(shí)鐘：由于每個(gè)圖像傳感器的時(shí)鐘是自由運(yùn)行的，同步曝光僅同步它們的曝光起點(diǎn)，而不會(huì)同步內(nèi)部時(shí)鐘或其他電路。這意味著即使曝光是同步的，傳感器間的像素?cái)?shù)據(jù)輸出可能仍存在微小的時(shí)差，這通?？梢酝ㄟ^(guò)后續(xù)的軟件處理來(lái)校正。

以上系統(tǒng)延遲范圍為100ms到160ms，我不知道真的假的。

說(shuō)回OV426，DVP是需要很多的引腳，DVP接口使用的是LVDS（Low Voltage Differential Signaling）電氣接口標(biāo)準(zhǔn)，通常需要使用更多的電源和地線來(lái)支持高速數(shù)據(jù)傳輸。這使得dvp接口的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，并且需要更多的空間來(lái)布線。

DVP接口一個(gè)PCLK周期可以傳輸1byte數(shù)據(jù)，1byte各位并行輸出，一行Pixel輸出完后，Sensor輸出一個(gè)HSYNC行同步信號(hào)，一幀所有行輸出完成后，輸出一個(gè)VSYNC幀同步型號(hào)。

PCLK、D0、D1都是高頻信號(hào)線(低位變化更加頻繁)，Layout時(shí)注意屏蔽干擾、不可與其它高頻線并排或重疊走線，最好用GND線或者低頻線(如D7、D6)隔開(kāi)。

這圖最經(jīng)典了

VSYNC：vertical synchronization，幀同步信號(hào), 一幀一個(gè)信號(hào)，頻率為幾十Hz

HSYNC：horizonal synchronization，行同步信號(hào)，一般為幾十KHz

PCLK：pixel clock ,像素時(shí)鐘，每個(gè)時(shí)鐘對(duì)應(yīng)一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)

DATA: 像素?cái)?shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)，常見(jiàn)的有8位和10位

XCLK：也叫 MCLK，ISP芯片輸出給驅(qū)動(dòng) sensor 的時(shí)鐘，可由 ISP 主控或晶振提供，

一般是24MHz/27MHz

SCL: IIC 時(shí)鐘引腳，用來(lái)讀寫(xiě)sensor的寄存器

SDA：IIC 數(shù)據(jù)引腳，用來(lái)讀寫(xiě) sensor 的寄存器

這里引腳放一部分

信號(hào)線雖然是說(shuō)沒(méi)有mipi那么嚴(yán)格

但是也是要保證等長(zhǎng)，看電源

電源推薦ADP123，狠狠的加電容

模擬的比數(shù)字的電容更多

layout

這個(gè)是內(nèi)部的工作

輸出圖像時(shí)，一幀幀地輸出，在幀內(nèi)的數(shù)據(jù)一般從左到右，從上到下， 一個(gè)像素一個(gè)像素地輸出。

數(shù)據(jù)線會(huì)在1個(gè)像素同步時(shí)鐘PCLK的驅(qū)動(dòng)下發(fā)送1字節(jié)的數(shù)據(jù)信號(hào)，所以2個(gè)PCLK時(shí)鐘可發(fā)送1個(gè)RGB565格式（我沒(méi)有找到具體是什么）的像素?cái)?shù)據(jù)。像素?cái)?shù)據(jù)依次傳輸，每傳輸完一行數(shù)據(jù)時(shí)，行同步信號(hào)HREF會(huì)輸出一個(gè)電平跳變信號(hào)，每傳輸完一幀圖像時(shí)，VSYNC會(huì)輸出一個(gè)電平跳變信號(hào)。

可以看這個(gè)

OV426的ISP很弱，所以需要外部ISP來(lái)補(bǔ)齊。

AEC 功能通過(guò)自動(dòng)調(diào)整圖像傳感器的曝光時(shí)間來(lái)控制進(jìn)入傳感器的光量，確保圖像既不過(guò)曝也不欠曝。

AGC 功能通過(guò)調(diào)整圖像傳感器的增益來(lái)控制圖像的亮度。增益可以被視為圖像信號(hào)的放大系數(shù)。

這個(gè)是一個(gè)有趣的寄存器，顏色

這個(gè)也是，可以輸出拜耳圖像，直接就不處理了

DVP的協(xié)議吧，一般都認(rèn)為是和VGA的協(xié)議差不多：只是VSYNC信號(hào)高低電平相反了。DVP協(xié)議的HREF信號(hào)是在HERF為高電平是直接輸出像素?cái)?shù)據(jù)，而VGA接口的HSYNC信號(hào)在HSYNC為高時(shí)先后輸出顯示后沿、有效圖像數(shù)據(jù)、顯示前沿。

這里給出一個(gè)時(shí)序圖分析

這個(gè)是OV7670的

數(shù)字的區(qū)域是時(shí)間，t=1/8Mhz

VSYNC（垂直同步）: 指示一幀圖像的開(kāi)始和結(jié)束。在圖中，一個(gè) VSYNC 脈沖代表一幀圖像的時(shí)間跨度。 HREF（水平參考）: 用于標(biāo)示一行像素的開(kāi)始和結(jié)束。

在一幀圖像內(nèi)部，每當(dāng) HREF 信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的行像素?cái)?shù)據(jù)被視為有效。 D[9:0]（數(shù)據(jù)線）: 傳輸圖像數(shù)據(jù)的線。數(shù)據(jù)通常是在 HREF 高電平期間有效，并且在 VSYNC 低電平期間不斷傳輸以構(gòu)成一幀圖像。

時(shí)序圖中的各個(gè)部分代表：

(1): 整幀的周期，從一個(gè) VSYNC 的下降沿到下一個(gè)下降沿。(看著是上升沿)

(2): VSYNC 信號(hào)內(nèi)部，代表幀開(kāi)始前的時(shí)間間隔，通常稱為垂直前沿。

(3): 有效的幀傳輸時(shí)間，這時(shí)候 HREF 和 D[9:0] 會(huì)傳輸有效的圖像數(shù)據(jù)。

(4): 垂直后沿，幀結(jié)束后到下一個(gè)幀開(kāi)始前的時(shí)間間隔。

(5): 垂直同步信號(hào)持續(xù)的時(shí)間。

(6): HREF 信號(hào)內(nèi)部，代表一行像素開(kāi)始前的時(shí)間間隔，通常稱為水平前沿。

(7): 有效的行傳輸時(shí)間，在此期間，D[9:0] 上會(huì)傳輸有效的像素?cái)?shù)據(jù)。 圖中的 "invalid data" 注釋指出在 VSYNC 信號(hào)為高時(shí)，HREF 可能仍為高電平，但此時(shí)的數(shù)據(jù)不應(yīng)被視為有效圖像內(nèi)容。

至于這個(gè)并口輸出，這個(gè)好像是最形象的一個(gè)

抓取的實(shí)測(cè)的 DVP 波形，黃色是輸入時(shí)鐘 ，藍(lán)色是幀同步信號(hào) ，紅色是 PCLK（像素時(shí)鐘）

另外，我找到了一個(gè)芯片，這個(gè)可以直接當(dāng)成USB輸出，可以探索一下

一個(gè)拓?fù)鋱D

也可以遠(yuǎn)程傳輸

審核編輯：劉清