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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
作者:xubin341719(欢迎转载,请注明作者)
5 R! E8 ]: Q* R* {3 U2 a
4 @& ?/ h$ N5 H/ i

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。


" ?: i8 |; D9 \, j9 T$ C5 g 1341747826_2628.jpg

- v: u6 M2 ~  i, |# f: @- ~

(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
0 d! h$ G, I: A# K2 G  b  ]; i' V1 r

下面这一部分在调试驱动的过程中比较重要了:
8 i! J* B+ q/ ~3 J! A$ Q3 W3 Z: p

(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 O- M$ q8 f1 o5 Q& g0 ]6 b  `. v) d- _

(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:


* }" K  Y8 q/ S0 ^" W7 w

(6)、主要的寄存器:分辨率、YUV顺序、X轴、Y轴镜相、翻转


. `8 B, u; }8 J) Y4 a

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

5 H; Y; I2 L* ^- G2 e

+ W  Z! ~; x2 A& I0 r$ E& L

9 Q2 l# R) F. v7 ], H5 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)

( ?! h: q- w" a- ~4 i, g, t

(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。
1 a: Q8 O5 N# S: V( {ITU-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
) v) m1 c1 D# K  l9 X5 R+ `( S( z
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。

* W" J6 h4 z& o1 k

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。
3 l: O, o0 S7 A1 c

5.JPG
, k8 x+ Q% C; Z( y* }

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。9 {' e, z3 U$ {


/ e0 P( e9 S+ K* v/ L9 Y


, H5 I8 T7 `4 e; D

(ITU-R BT 601: 16位数据传输;21芯;Y、U、V信号同时传输。  6 Y# H/ P$ G* {3 `% S7 V3 r
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


8 j2 \' i, i! M% ~$ l. R9 v4 W; n

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。


3 H! N" g. ]3 D- k, J8 y

0 b+ Q0 a3 t! [- N( V3 ?! A

6、硬件接口电路

主控芯片上的接口:

* w6 }% k' u9 e* T


! m' `* I3 f1 a7 E* c6 k

camera 接口

) E2 r7 X( c# l: s5 A

. K8 w& a, |/ x/ C

' T# {) G# M1 ~* Z
6.JPG
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挺全的,学习中,顶起来!
阳光明媚,心情不错
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发表于 2015-11-17 08:22:51 |显示全部楼层
好帖顶起来!
阳光明媚,心情不错
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发表于 2015-12-3 08:13:22 |显示全部楼层
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发表于 2015-12-12 11:08:16 |显示全部楼层
顶顶顶顶起来
好多天没学习了,内疚中
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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
困困困困困
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发表于 2015-12-17 15:55:01 |显示全部楼层
很好,顶顶
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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
周末上班
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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
哎...今天够累的,签到来了6...
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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
该会员没有填写今日想说内容.
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