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详细的摄像头模组工作原理!!!

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发表于 2015-8-12 10:17:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:xubin341719(欢迎转载,请注明作者)8 I( V- y1 X# B: T- w3 r6 g' h
9 U6 R" X; [9 E; V& _# \/ |

一、摄像头工作原理

上一篇我们讲了摄像头模组的组成,工作原理,做为一种了解。下面我们析摄像头从寄存器角度是怎么工作的。如何阅读摄像头规格书(针对驱动调节时用到关键参数,以GT2005为例)。

规格书,也就是一个器件所有的说明,精确到器件每一个细节,软件关心的寄存器、硬件关心的电气特性、封装等等。单单驱动方面,我们只看对我们有用的方面就可以了,没必要全部看完。主要这样资料全都是鸟语(En),全部看完一方面时间上会用的比较多,找到关键的地方就行了。

1、camera的总体示意图如下:控制部分为摄像头上电、IIC控制接口,数据输出为摄像头拍摄的图传到主控芯片,所有要有data、行场同步和时钟号。GT2005/GT2015是CMOS接口的图像传感器芯片,可以感知外部的视觉信号并将其转换为数字信号并输出。

       我们需要通过MCLK给摄像头提供时钟,RESET是复位线,PWDN在摄像头工作时应该始终为低。PCLK是像素时钟,HREF是行参考信号,VSYNC是场同步信号。一旦给摄像头提供了时钟,并且复位摄像头,摄像头就开始工作了,通过HREF,VSYNC和PCLK同步传输数字图像信号。 数据是通过D0~D7这八根数据线并行送出的。

9 Y2 i" U9 D5 W. ^
1341747826_2628.jpg
# v. L# }1 v/ P

(1)、Pixel Array

       GT2005阵列大小为 1268 列、1248 行,有效像素为 1616 列, 1216 行。也就是说摄像头为1600X1200的时候,像素点要多于这个,去除边缘一部分,保证图像质量吧。

(2)、IIC 这个不用说了,摄像头寄存器初始化的数据都从这里传输的,所有的IIC器件都一样的工作,来张图吧,后面做详细分析;

1341747874_3695.JPG 8 m  Q6 M% L, H7 {$ R, H4 x

下面这一部分在调试驱动的过程中比较重要了:
: Q: q1 v0 g4 }4 F7 B8 V8 T5 N

(3)、MCLK

电子元件工作都得要个时钟吧,摄像头要工作,这个就是我们所要的时钟,在主控制芯片提供,这个时钟一定要有,要不然摄像头不会工作的。

(4)、上下电时序,这个要接规格书上来,注间PWDN、RESETB这两个脚,不同的摄像头不太一样,这个图是上电时序,上电时参考一下,知道在那里看就行;

1341747905_9978.JPG
4 y; z+ w9 I- Y' Y& q; x: s+ u  Q2 c6 U- s  M  J

(5)PCLK \D1~D7

摄像头得到的数据要传出来吧,要有数据,当然数据出来要有时钟和同步信号了,看下它的时序,和LCD显示的时序一样,道理是一样的:


8 x& J- T1 T. X

(6)、主要的寄存器:分辨率、YUV顺序、X轴、Y轴镜相、翻转


  [2 E0 x" {7 N! O3 s

以上工作完成后,也许还有一些问题,分辨率太小; YUV顺序不对图像不对; XY图像方向。这些工作完成后,如果还有什么细节的问题,如果你想花时间,看规格书里面的寄存器可以解决的,如果不想看,找模组厂的FAE,他们专业的,很快会帮你搞定。

(7)、摄像头的硬件接口

% M7 ]& h  J3 E% W+ D: E) ]


! a) r( w- v, S  Z( h7 i
+ {' o) D, Q$ P( m5 @% t- R* u; D

二、S5pv310上Camera主控芯片上的硬件接口

1、CAMIF   Camera Interface

先看一下摄像头接口框图:(这个看着有点抽像,我们放这里,先了解一下,其实驱动中一般不会涉及到这里,不过我们这里分析了,就把这个带出来了)


' o3 ?" c+ m9 C) \' e+ V

(1)、摄像头接口的主要属性:

a、支持多种输入接口:(就是上面我们看到的四模式)

    DMA (AXI 64-bitinterface) 模式;

    MIPI (CSI) 模式;

    ITU-R BT 601/ 656/ 709模式;

    Direct FIFO (PlayBack)模式;

b、支持多种输出模式:

    DMA (AXI 64-bitinterface) 模式;

    Direct FIFO 模式;

c、支持数码变焦Digital Zoom In (DZI) capability;

d、支持多摄像头输入;

e、 支持视频同步信号极性可编程控制;

f、支持最大输入分辨率为8192X8192;

g、支持图像翻转(X轴、Y轴镜相,90、180、270翻转);

h、支持多种图片格式; 

i、支持捕获帧控制;

j、支持的图像特效。

2、FIMC  Fully InteractiveMobile Camera

    摄像头的采集的数据要CPU无法直接处理,主控芯片里面集成了Camera控制器,叫FIMC(FullyInteractive Mobile Camera)。摄像头需要先把图像数据传给控制器,经过控制器处理(裁剪拉升后直接预览或者编码)之后交给CPU处理。实际上摄像头工作需要的时钟(MCLK)也是FIMC给它提供的。

    在s5pv310上的摄像头接口是一个FIMC(完全交互式移动相机接口),支持ITUR BT-601-605标准、AMX接口、MIPI接口

MIPI 、ITU、AMX

(1)、ITU国际电信联盟无线电通信部门ITU-RRadiocommunication Sector of ITU 简称ITU-RITU-R BT.601 16位数据传输;Y、U、V信号同时传输,是并行数据,行场同步单独输出。
" J: V7 K* P8 w9 mITU-R BT.6568/10位数据传输;不需要同步信号;串行数据传输;传输速率是601的2倍;先传Y,后传UV。行场同步信号嵌入在数据流中。

(2)、MIPI(移动行业处理器接口)是MobileIndustry Processor Interface的缩写 MIPI 规范:Camera工作组:MIPI Camera Serial Interface 1.0specification .Camera Serial Interface 2 v1.0 (CSI-2)

(3)、AMX(Advanced eXtensible Interface)是一种总线协议,该协议是ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller BusArchitecture)3.0协议中最重要的部分,是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。

3、接口信息

FIMC信号定义如下所示(YCbCr模式)

Signal
I/O
Description
   Type. g) m$ \9 h' W' P" v
HREF
I
行同步信号
PCLK
I
像素时钟
DATA[7:0]
I
像素数据
FIELD
O
FIELD信号
MCLK
O
系统时钟信号

通过CAM_MCLK给摄像头提供时钟,RST是复位线,PWDN在摄像头工作时应该始终为低。HREF是行参考信号,PCLK是像素时钟,VSYNC是场同步信号。一旦给摄像头提供了时钟,并且复位摄像头,摄像头就开始工作了,通过HREF,PCLK和VSYNC同步传输数字图像信号。数据是通过DATA0~DATA7这八根数据线并行送出的。


$ }' `  D( y! D

4、不同接口模式的工作时序

ITU-R BT 656输入时序图,这种方式下同步信号已经内嵌到视频数据中了,因此不需要额外的行和帧同步信号。
  [; Z$ h1 M* K2 e

5.JPG
4 D3 T0 u, t3 r2 i! V6 h' z

ITU-R BT 601输入时序图,这种方式下行和帧同步信号独立于视频数据,因此需要同步信号。4 U) T; n, J7 I- k; T. A4 G

6 d+ R+ F6 N' M. U# b


0 ?) j  y' r4 v% F: b; i. i% ^

(ITU-R BT 601: 16位数据传输;21芯;Y、U、V信号同时传输。  ; h0 P( ^3 |1 E. }# ]. j
ITU-R BT 656: 9芯,不需要同步信号;8位数据传输;串行视频传输;传输速率是601的2倍;先传Y,后传UV。)

同步信号的时延参数

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宽度

Ø        t4:表示HREF后插入周期


! Y% z" Z$ X  _) I3 A, ?0 _

5、camera的时钟域,三个时钟:系统时钟、PCLK、MCLK

  每个摄像头接口包括三个时钟域,每一个时钟域是系统总线时钟,第二个是摄像头像素时钟PCLK,第三个时钟域为内部时钟MCLK。系统总线时钟必需高于PCLK, CAM_MCLK 必需固定频率分频,如PLL时钟。如果有外部时钟晶振,CAM_MCLK 空掉。不需要同步MMCLK,PCLK应该与schmitt-triggered电平移位器连接。

/ n* O7 b+ B0 t* A$ q

+ R: k2 Q. F) u' F3 f9 Q; f3 c$ m& |

6、硬件接口电路

主控芯片上的接口:


5 }. H( l9 i8 j2 B

1 O) D" {* J5 P9 o# v

camera 接口


% Q. h7 ?3 Q9 ]% @: g


+ h/ r: ?0 j4 k
2 y" ?% K% }2 P3 k
6.JPG
发表于 2015-11-4 13:23:20 | 显示全部楼层
挺全的,学习中,顶起来!
发表于 2015-11-17 08:22:51 | 显示全部楼层
好帖顶起来!
 楼主| 发表于 2015-12-3 08:13:22 | 显示全部楼层
{:handshake:}
发表于 2015-12-12 11:08:16 | 显示全部楼层
顶顶顶顶起来
发表于 2015-12-16 15:04:01 | 显示全部楼层
”上一篇我们讲了摄像头模组的组成,工作原理“   ----楼主,求这句话中说的上一篇的链接
发表于 2015-12-17 15:55:01 | 显示全部楼层
{:t5:}很好,顶顶
发表于 2015-12-26 16:11:08 | 显示全部楼层
详细的摄像头模组工作原理
发表于 2016-7-20 13:55:00 | 显示全部楼层
很详细的资料 ,谢谢分享
发表于 2016-11-18 15:13:17 | 显示全部楼层
很详细的资料,仔细看看
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