基于DM6437的數(shù)字攝像機

摘要：為了適應(yīng)現(xiàn)代采集系統(tǒng)的小型化以及數(shù)字化需要，設(shè)計了一種基于達芬奇技術(shù)DSP芯片的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)。這種設(shè)計方法不需要外接編解碼芯片，直接連接數(shù)字攝像頭，減少了D／A轉(zhuǎn)換帶來的圖像干擾，同時利用了迭芬奇系列DSP上集成的視頻處理子系統(tǒng)組件(VPSS)，其中的視頻處理前端(VPFE)以硬件方式對數(shù)字視頻圖像進行視頻采集、CFA插值、色彩空問變換等圖像預(yù)處理操作，簡化了軟件設(shè)計。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)采集到的視頻圖像清晰、穩(wěn)定、色彩均衡，滿足普通攝像機對視頻圖像的要求。
關(guān)鍵詞：數(shù)字攝像機；視頻采集；DM6437；VPFE

隨著社會的發(fā)展變化，視頻監(jiān)控已應(yīng)用于交通、金融、電力、家庭、公安消防等領(lǐng)域，視頻監(jiān)控的技術(shù)和手段也在不斷地發(fā)展和提高。攝像機的關(guān)鍵器件為圖像傳感器。目前，圖像傳感器主要分為為CCD和CMOS兩種類型，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢。用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻圖像處理芯片主要DSP，DSP芯片強大的數(shù)據(jù)計算能力可以完成很多復(fù)雜的算法。TI也針對圖像處理方面發(fā)布了達芬奇系列的DSP芯片，芯片上面集成了一個視頻處理子系統(tǒng)專用于視頻采集和顯示，極大的方便了用戶進行視頻采集和視頻顯示。

1 攝像機工作原理以及關(guān)鍵技術(shù)說明
數(shù)字攝像機是指把圖像傳感器采集到的數(shù)字圖像信號直接傳送給后端的圖像處理芯片進行處理，不進行傳統(tǒng)模擬攝像機的數(shù)字圖像信號的數(shù)／模、模／數(shù)轉(zhuǎn)換過程，這樣就避免圖像信號數(shù)／模轉(zhuǎn)換過程帶來的噪聲影響。圖像傳感器送出的Bayer格式數(shù)字圖像信號將被直接被后端的圖像處理芯片采集，然后對采集到的視頻信號進行CFA插值、色彩空間轉(zhuǎn)換等操作。最后生成YUV格式的視頻圖像，生成的YUV格式視頻圖像可以存儲起來或者通過網(wǎng)口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。
Bayer格式：CMOS圖像傳感器光敏區(qū)域內(nèi)的每一個像素感應(yīng)一種顏色，其中R感應(yīng)紅光，G代表綠光，B感應(yīng)藍光。奇行掃描輸出為R、G、R、G…，偶行掃描輸出為G、B、G、B…。其格式如圖1所示。

CFA插值：Bayer格式圖像信號每像素只代表一種顏色，而像素顏色需要3原色來進行表示，需要對Bayer格式的圖像信號進行插值，輸出的圖像使用臨近像素中相同顏色成分做線性平均計算來補償每個像素丟失的顏色。最終，每像素用R、G、B 3種顏色來表示也就是所謂RGB格式圖像。
色彩空間轉(zhuǎn)換：在圖形圖像的處理過程中，RGB的效率不是很高，因為在產(chǎn)生任何一種顏色時，R、G、B 3者需要同樣的帶寬，修改像素的亮度和色度的時候需要3者全部修改。而YUV色彩空間描述了亮度和色度的概念，Y指亮度，U指色調(diào)，V指飽和度。色彩空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。