5MP一體化高清機(jī)芯的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　ISP處理流程大致為：光線經(jīng)過(guò)鏡頭進(jìn)入傳感器形成圖像原始數(shù)據(jù)(Bayer數(shù)據(jù))，Bayer數(shù)據(jù)進(jìn)入ISP處理單元，通過(guò)黑電平校正將信號(hào)調(diào)整到合適的范圍內(nèi)方便后續(xù)處理，經(jīng)過(guò)電平校正后的Bayer數(shù)據(jù)通過(guò)色彩插值轉(zhuǎn)換為RGB色塊圖像信號(hào)，RGB圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)白平衡校正、色彩校正、Gamma校正等一系列校正處理得到較為正常清晰的圖像信號(hào)，RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換為YUV信號(hào)后，經(jīng)過(guò)數(shù)字降噪、圖像增強(qiáng)等一系列處理可得到較為理想的圖像視頻。因此ISP模塊包括黑點(diǎn)平校正、壞點(diǎn)校正、色彩插值、白平衡校正、色彩校正、Gamma校正、RGB到Y(jié)UV轉(zhuǎn)換、數(shù)字降噪、圖像增強(qiáng)處理、視頻格式轉(zhuǎn)換等模塊。ISP原理框圖如圖2。

　　5MP實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流對(duì)處理器處理帶寬和性能有較高的要求，因此ISP的實(shí)現(xiàn)采用Altera的Cyclone V系列FPGA來(lái)完成的。這種方式可以非常靈活的應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜場(chǎng)景，海康威視的ISP經(jīng)過(guò)多年的市場(chǎng)檢驗(yàn)，已經(jīng)得到行業(yè)內(nèi)外客戶高度的認(rèn)可。FPGA除了實(shí)現(xiàn)了常規(guī)的ISP模塊，還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)聚焦所需要的聚焦統(tǒng)計(jì)模塊，以及自動(dòng)曝光的AE模塊。

　　馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)聚焦控制部分

　　一體化機(jī)芯具有變焦和自動(dòng)聚焦功能，這部分需要MCU、一體機(jī)鏡頭、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)部分三者配合才能完成的。本項(xiàng)目的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和MCU采用而者合一的TMPM342芯片。TMPM342是東芝公司一款MCU、MCD(Motor Control Driver)、PSC(Programmable Servo Controller)集成在一起的單芯片SOC，可以方便的控制電機(jī)、光圈，內(nèi)置ARM CortexM3，可以方便靈活的實(shí)現(xiàn)更多功能。TMPM342的MCD可以很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、電磁線圈的控制，結(jié)合MCU和AF、AE算法，可以很方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦、自動(dòng)曝光控制。TMPM342中的PSC可編程伺服控制可以實(shí)現(xiàn)PID算法，利用這個(gè)可以實(shí)現(xiàn)防抖等功能。由此，可以說(shuō)TMPM342是常適合用來(lái)開(kāi)發(fā)一體化機(jī)芯的。本項(xiàng)目就是通過(guò)TMPM342來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鏡頭馬達(dá)、光圈的驅(qū)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦、自動(dòng)曝光控制等功能。TMPM342內(nèi)部框圖及控制示意圖如圖3。