CMOS图像传感器芯片OV7648及其应用

文章摘要：CMOS图像传感器芯片OV7648及其应用周连恒，郗晓田(华南理工大学 广东广州，510604)CMOS图像传感器与CCD相比，由于能将时序处理电路和图像信号的前端放大与数字化部分集成于一个芯片内，因此，他的发展一直受到业界的高度重视。现在，随着技术与工艺的发展，CMOS图像传感器不仅在噪声上得到了有效改善，而且分辨率也已得到了明显提高。一般的彩色CMOS图像传感器都能达到几十万象素，好的CMOS图像传感器甚至能达到300万象素以上。因此，CMOS图像传感器将以其低廉的价格、实用的图像质量、高集成度和相对较少的功耗，在视频监控、多媒体领域得到更加广泛的应用。1 0V7648的基本结构OV764

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CMOS图像传感器芯片OV7648及其应用 周连恒，郗晓田
(华南理工大学 广东广州，510604)

CMOS图像传感器与CCD相比，由于能将时序处理电路和图像信号的前端放大与数字化部分集成于一个芯片内，因此，他的发展一直受到业界的高度重视。现在，随着技术与工艺的发展，CMOS图像传感器不仅在噪声上得到了有效改善，而且分辨率也已得到了明显提高。一般的彩色CMOS图像传感器都能达到几十万象素，好的CMOS图像传感器甚至能达到300万象素以上。因此，CMOS图像传感器将以其低廉的价格、实用的图像质量、高集成度和相对较少的功耗，在视频监控、多媒体领域得到更加广泛的应用。

1 0V7648的基本结构

OV7648是美国OmniVision公司开发的CMOS彩色图像传感器芯片，该芯片将CMOS光感应核与外围支持电路集成在一起，具有可编程控制与视频模／数混合输出等功能，该芯片运用专有的传感器技术，能够消除普通的光电干扰，例如噪声、灯光闪烁等，输出清晰、稳定的彩色图像。其性能特点有：

(1)单芯片1／4尺寸。
(2)2．5V操作电压。
(3)I'C控制，标准SCCB接口。
(4)开窗功能，局部图像输出。
(5)视频信号输出：RGB／RawRGB／YUV／YCbCr。
(6)自动曝光控制／自动白平衡／自动增益控制／自动亮度控制。
(7)图像质量控制，包括颜色饱和度、锐度、伽马校正等。

图1是OV7648的基本结构图。

图像象素阵列 OV7648具有640X480的象素阵列大小，即307 200象素。还有12列、6行可供选择。

时序发生器 控制以下功能：象素阵列控制和帧产生(VAG，QVGA输出)；内部时钟信号产生和分配；帧率时序；自动曝光控制；外部时序(垂直同步信号VSYNC，水平参考信号HREF和象素时钟PCLK)输出以便外部电路读取图像。

模拟信号处理模块 自动增益控制；自动白平衡；图像质量(颜色饱和度、锐度、色调、伽马等)控制。

A／D转换 经过模拟处理模块后，数据通过多路转换开关分两路进行A／D转换，转换速率为12MHz，与象素速率完全同步。

输出格式控制 发送图像前，控制输出数据格式。

数字视频端口 增加驱动电流和调节负荷。

SCCB接口 OV7648的寄存器和许多功能通过

SCCB高速串行接口(SIOC，SIOD)进行操作，包括曝光控制、白平衡、增益、饱和度等。

2.0V7648的编程功能
OV7648具有丰富的编程控制功能，其图像帧频、曝光时间、增益控制、伽马校正等均可通过对芯片内部寄存器的读写进行设置。芯片内共有128个寄存器，其中82个厂家保留，5个只读，包括产品ID、制造商ID等，余下的41个由用户根据需要通过SCCB接口设置，是可读写的。由于寄存器的数目多，下面对这41个寄存器做简要介绍。

地址号为oo的寄存器为增益控制，如果AGC(自动增益控制)允许，内部控制电路将最佳增益存储在该寄存器中。如果AGC禁止，寄存器存储缺省值00。

地址号为01，02，05的寄存器为白平衡控制，分别存储白平衡控制的当前蓝通道、红通道设置值和蓝／红通道前端放大增益设置值。

地址号为7E，7F，80的寄存器为曝光控制，分别对应Y／G，R／V，B／U通道。

地址号为24的寄存器是AGC／AEC稳态操作的上限，缺省值是10；地址号为25的寄存器是AGC／AEC稳态操作的下限，缺省值是8A。 地址号为03，04的寄存器控制图像格式。 地址号为11，lB，2B，72，?3的寄存器控制数据格式，可对象素、帧率等进行设置。

地址号为06的寄存器进行亮度设置。

地址号为10的寄存器控制曝光值。

地址号为17，18，19，lA，1F，2A的寄存器控制输出格式，包括水平帧率、垂直帧率、RGB格式等。

地址号为6C，6D，6E的寄存器补偿R，G，B通道的色度亮度干扰。

地址号为12，13等14个寄存器为杂项控制寄存器，负责设置伽马校正、图像象素、白平衡、曝光、背景光补偿、图像锐化等功能。

3 数字图像的输出
，
OV7648的数据输出格式是Bayer原始数据输出格式。其一般格式为：
奇数扫描行 RGRG……
偶数扫描行 GBGB……

根据人眼对彩色的响应带宽不高的大面积着色特点，每个象素没有必要同时输出3种颜色。因此，数据采样时，奇数扫描行的第1，2，3，4，…象素分别采样和输出R，G，R，G，…数据；偶数扫描行的第1，2，3，4，…象素分别采样和输出G，B，G，B，…数据。在实际处理时，每个象素的R，G，B信号由象素本身输出的某一种颜色信号和相邻象素输出的其他颜色信号构成。这种采样方式在基本不降低图像质量的同时，可以将采样频率降低60％以上。图2是OV7648的RGB565的输出时序图。

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