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黑白CMOS图像传感器OV9120的原理及应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:本文阐述了CMOS图像传感器的一般特征,详细介绍了黑白CMOS图像传感器芯片OV9120的性能、特点及工作原理,给出了OV9120在图像采集处理中的具体应用实例。

    关键词:CMOS图像传感器;OV9120;图像采集

1 概述

随着CMOS技术的发展及市场需求的增加,CMOS图像传感器得以迅速发展。CMOS图像传感器具有高度集成化、成本低、功耗低、单一工作电压、局部像素可编程、随机读取等优点,适用于超微型数码相机、便携式可视电话、PC机电脑眼、可视门铃、扫描仪、摄像机、安防监控、汽车防盗、机器视觉、车载电话、指纹识别、手机等图像领域。本文介绍的是由美国OmniVision技术公司生产的OV9120黑白CMOS图像传感器,它采用独特的传感器专利工艺技术和先进的算法(algorithms)解决了先前CMOS感光器件固定图像噪声(FPN)的限制。因而可广泛应用于数字静止摄像、视频会议、视频电话、计算机视觉、生物测量等领域。

2 引脚功能

OV9120采用48脚LCC封装,其引脚排列如图1所示。
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3 结构性能及工作原理

3.1 内部结构

OV9120内置1312×1036分辨率的镜像阵列、10位A/D转换器、可调视频窗、SCCE接口、可编程帧速率控制、可编程/自动曝光增益控制、内外帧同步、亮度均衡计数器、数字视频端口、定时产生器、黑电平校准及白平衡控制等电路。其内部结构如图2所示。

3.2 性能特点

OV9120是135万像素(1312×1036)、1/2英寸的CMOS图像传感芯片,它采用SXGA/VGA格式,最大帧速率可达到30帧/s(VGA),该芯片将CMOS光感应核与外围辅助电路集成在一起,同时具有可编程控制功能。OV9120芯片的基本参数如下

●图像尺寸:6.66mm×5.32mm,像素尺寸,5.2μm×5.2μm;

●信噪比>54dB;

●增益调整范围:0~24dB;

●SXGA输出时,阵列大小为1280×1024,VGA输出时,阵列大小为640×480;

●供电电源电压为直流3.3V和2.5V;

●暗电流: 28mV/s;

●动态范围:60dB。

3.3 工作原理

CMOS镜像阵列的设计主要建立在逐行传送的扫描场读出系统和带同步像素读出电路的电子快门之上。而电子曝光控制算法(或系统规则)则建立在整个图(物)像亮度基础之上。在景像(或布景)正常时,一般曝光都比较理想。但在景像光线不适当时,则应通过自动曝光控制(AEC)白/黑比调节来使其满足应用要求。对于VGA格式的输出,OV9120图像传感器的视窗尺寸范围从2×2到640×480,而对于SXGA格式的输出,视窗范围则从2×4到1280×1024,同时可以在内部1312×1036边界内的任何地方定位。变动窗口尺寸或位置不会使帧速(或数据速率)发生变化。帧速可通过主时钟下行(down)、插入垂直同步定时、或采用跳读技术的QVGA格式使其发生变动。

OV9120内部嵌入了一个10位A/D转换器,因而可以同步输出10位的数字视频流D[9..0]。在输出数字视频流的同时,还可提供像素同步时钟PCLK、水平参考信号HREF以及垂直同步信号VSYNC,以方便外部电路读取图像。
黑白CMOS图像传感器OV9120的原理及应用
    ZV端口就是相机(镜头)的焦距调节视频端口。OV9120的ZV功能能使相机透镜变焦而急速移向(或移离)目标。OV9120可利用外部主导机构(master device)设定曝光时间。当FREX被置位于1时,像素阵列被迅速充电,传感器保持为高以拍摄图像(或物像)。在FREX转换到0时,视频数据流(data stre

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