數(shù)字式CMOS攝像頭在智能車中的應(yīng)用

摘要：介紹數(shù)字式CMOS攝像頭MT9M011的工作方式；提出MT9M011在基于HCSl2單片機(jī)的智能車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，針對采集圖像時遇到的問題給出了相應(yīng)的解決方法；分析數(shù)字式CMOS攝像頭相對于模擬攝像頭的優(yōu)勢和不足。
關(guān)鍵詞：CMOS攝像頭；MT9M011；Bayer彩色格式；曝光時間

引言
飛思卡爾智能車比賽已經(jīng)成功舉辦4屆，以攝像頭為主要傳感器的參賽隊伍大多數(shù)選用了模擬CCD或模擬CMOS攝像頭。本文介紹了數(shù)字式CMOS攝像頭MT9M011的性能特點和工作方式，給出了MT9M011在基于HCSl2單片機(jī)的智能車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，并分析了數(shù)字?jǐn)z像頭的優(yōu)勢和不足。

1 CMOS圖像傳感器的特點
CMOS圖像傳感器可通過CMOS技術(shù)將像素陣列與外圍支持電路(如圖像傳感器核心、單一時鐘、所有的時序邏輯、可編程功能和A／D轉(zhuǎn)換器)集成在同一塊芯片上。與CCD(電容耦合器件)圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器將整個圖像系統(tǒng)集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功耗低、編程方便、易于控制等優(yōu)點；同時，可通過I2C、SPI等接口配置其曝光時間、增益控制等功能，可控性強(qiáng)。因此，CMOS圖像傳感器的應(yīng)用已經(jīng)變得越來越廣泛。

2 MT9M011的性能特點與工作方式
2．1 MT9M011的基本參數(shù)
MT9M011是一款：Mieron公司推出的RGB三基色的130萬像素數(shù)字式CMOS攝像頭，具有可編程控制及數(shù)字信號輸出等功能。其輸出為Bayer彩色格式，圖像尺寸為4．6 mm×3．7 mm，像素尺寸為3．6 μm×3．6 μm，最大分辨率為1 280×1 024，支持的最高時鐘頻率為25MHz；A／D轉(zhuǎn)換精度為10位，最大信噪比為44 dB，在最高分辨率模式下功耗為129 mW。
MT9M011輸出為逐行掃描的數(shù)字信號，通過內(nèi)嵌的10位ADC將模擬視頻信號采樣量化后同步輸出10位數(shù)據(jù)流。同時，MT9M011還提供像素時鐘(PIXCLK)、行有效信號(LVAL)、幀有效信號(FVAL)，以及配置MT9M011所需的I2C協(xié)議引腳SCLK和SDAT。
2．2 MT9M011的編程功能
MT9M011有25個寄存器，涉及攝像頭的各個方面，通過與I2C兼容的串行總線時序讀寫。結(jié)合智能車競賽應(yīng)用重點介紹以下寄存器：
①行起始寄存器(Ox01)和列起始寄存器(Ox02)。這兩個寄存器決定輸出圖像的起始點坐標(biāo)。利用這兩個寄存器可以軟件調(diào)節(jié)攝像頭采集到的圖像整體位置。
②行寬度寄存器(0x03)和列寬度寄存器(Ox04)。MT9M011的一大特色就是輸出數(shù)據(jù)的圖像大小可以任意調(diào)整。通過這兩個寄存器可以針對當(dāng)前的應(yīng)用環(huán)境(即賽道)設(shè)置合適的圖像范圍。
③曝光時間寄存器(Ox09)。該寄存器的值決定了攝像頭采集一幀圖像時感光元器件的感光時間。通過調(diào)整該寄存器值的大小可以直接調(diào)整圖像的成像質(zhì)量。
④數(shù)據(jù)讀取模式寄存器(Ox20)。該寄存器可以使輸出的行數(shù)據(jù)和列數(shù)據(jù)減少至1／2或者1／4，也可以使輸出的圖像鏡面對稱。
⑤增益設(shè)置寄存器。它又包含Greenl分量增益設(shè)置寄存器(Ox2B)、Blue分量增益設(shè)置寄存器(Ox2C)、Red分量增益設(shè)置寄存器(Ox2D)、Green2分量增益設(shè)置寄存器(Ox2E)和全局增益設(shè)置寄存器(Ox2F)5個寄存器。由于RGB分量對同一光源表現(xiàn)出不同的數(shù)值，因此需要針對不同的光源情況分別調(diào)整前4個寄存器的值，而這也是這款攝像頭最大的缺點。
2．3 MT9M011的數(shù)字圖像輸出
2．3．1 Bayer彩色格式輸出
MT9M011的輸出為Bayer彩色格式(Bayer color pattern)。這種輸出格式直接將濾波陣列上每一個像素點對應(yīng)的保留基色模擬電平值，通過A／D轉(zhuǎn)換后按時序先后輸出。圖1展示了這種輸出格式對應(yīng)的局部像素點陣。其中，黑色像素點為輸出有效數(shù)據(jù)的第一個點。