2018年11月2日 星期五

DIY - ESP32:OV7670 CMOS VGA 圖像傳感器原理(十九)

DIY - ESP32:OV7670 CMOS VGA 圖像傳感器原理(十九):

豪威(OmniVision)的 OV7670 是使用互補性氧化金屬半導體 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)感光陣列傳感器,CMOS 傳感器主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在 CMOS 上共存着帶N(帶 -電)和 P(帶 +電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。CMOS 傳感器把光信號轉換成電信號,再經過內部圖像處理器(ISP)轉換成數字圖像信號輸出到數字信號處理器(DSP)加工處理,轉換成標準的 GRB、YUV 等格式圖像信號。

CCD vs CMOS 傳感器
OV7670 CMOS VGA 圖像傳感器內部框圖
OV7670 圖像傳感器的功能模塊:
  • 感光陣列(共有 656 × 488 個像素,其中在 YUV 的模式中,有效像素為 640 × 480 個)
  • 類比信號處理
  • A/D 轉換
  • 測試圖案發生器
  • 數位訊號處理器
  • 圖像縮放
  • 時序發生器
  • 數位視訊埠
  • SCCB 介面
  • LED 和閃光燈輸出控制

感光陣列排列:
OV7670 共有 656 × 488 個即 320128像素 ,有效像素為 640 × 480 個

時序發生器:
通常時序發生器有以下功能。
● 陣列控制和幀率發生
● 內部信號發生器和分佈
● 幀率的時序
● 自動曝光控制
● 輸出外部時序 (VSYNC, HREF/HSYNC 和 PCLK)

類比信號處理器:
這個模組執行所有類比功能。
● 自動增益
● 自動白平衡

A/D 轉換:
原始的信號經過類比處理器模組之後 ,分 g 和 BR 兩路進入一個 10 位的 A/D 轉換器,A/D 轉換器工作在 12M 頻率,與圖元頻率完全同步,(轉換的頻率和幀率有關)。
除 A/D 轉換器外,該模組還有以下兩個功能。
● 黑電平校正(BLC)
● U/V 通道延遲
● A/D 範圍控制
A/D 範圍乘積和 A/D 的範圍控制共同設置 A/D 的範圍和最大值,允許使用者根據應用調整圖片的亮度。

測試圖案發生器:
測試圖案發生器有如下功能。
● 八色彩色條圖案
● 漸變至黑白彩色條圖案
● 輸出腳移位“1”

數字訊號處理器(DSP) :
這個模組控制由原始信號插值到 RGB 信號的過程,並控制一些圖像品質。
● 邊緣銳化(二維高通濾波器)
● 顏色空間轉換( 原始信號到 RGB 或者 YUV/YCbYCr)
● RGB 色彩矩陣以消除串擾
● 色相和飽和度的控制
● 黑/白點補償
● 降噪
● 鏡頭補償
● 可程式設計的伽瑪
● 十位元到八位元資料轉換

縮放功能:
這個模塊按照預先設置的要求輸出資料格式,能將 YUV/RGB 信號從 VGA 縮小到 CIF 以下的任何尺寸。

數位視訊介面:
寄存器 COM2[1:0] 調節 IOL/IOH 的驅動電流,以適應用戶的負載。

SCCB 介面:
SCCB 介面控制圖像傳感器晶片的運行,詳細使用方法參照 OmniVision Technologies Serial Camera Control Bus (SCCB) Specification

LED 和閃光燈的輸出控制:
OV7670/OV7171 有閃光燈模式,控制外接閃光燈或閃光 LED 的工作。

相關網址:
※ DIY - ESP32:OV7670 CMOS VGA 圖像傳感器介紹(十八)
※ DIY - ESP32:OV7670 CMOS VGA 圖像傳感器控制(二十)
※ DIY - ESP32:AverLogic AL422B FIFO 晶片介紹(二十一)
※ DIY - ESP32:AverLogic AL422B FIFO 晶片原理(二十二)
※ DIY - ESP32:OV7670 + AL422B FIFO 圖像傳感器模組介紹(二十三)
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※ DIY - ESP32:ESP32 XPT2046 電阻式觸摸屏模組 INT 程式(二十八)
※ DIY - ESP32:ESP32 OV7670 數位靜態相機 DSC 程式(二十九)

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