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基于CMOS图像传感器嵌入式图像采集与格式转化 　　摘要：开发了一种基于CMOS图像传感器的嵌入式图像采集系统。该系统实现了图像有效采集传输的功能，将采集到的Bayer格式数据转化为RGB格式，采用嵌入式系统有利集成化、小型化设计。 　　关键词：CMOS图像传感器；DSP；Bayer格式；图像采集 　　 　　引言 　　 　　图像传感器作为一种基础器件，可以实现信息的获取、转换以及视觉功能的扩展，并且还可以给出直观、真实、多层次、内容丰富的可视图像信息。CMOS图像传感器自上世纪70年代开始研制，但由于工艺上的原因，一直因为光照度灵敏度低、噪声高、图像分辨率低等缺点而没有得到发展，与CCD图像传感器比较可知，CCD图像传感器需要在外部配接放大器、模数转换器等，因此会有体积大、读出速度受限等缺点，而CMOS图像传感器则将整个图像系统集成到同一块芯片上，有集成度高、占用空间小、功耗小和造价低等优点。因此，随着技术的进步，CMOS图像传感器得到越来越多的重视，成为研究的热点。 　　在本系统的设计中，应用MICRON公司的MT9T001型CMOS图像传感器配合TI公司的DM642型处理器实现嵌入式图像采集系统。该系统将采集到的图像，经DSP进行格式转化后传输到显示器上进行显示，具有体积小，成本低，可靠性高，安装方便等优点。 　　 　　系统设计 　　 　　本图像采集系统主要由CMOS图像传感器，DSP及处理电路组成。其采用的具体实现方案是当CMOS图像传感器被配置好，收到开始采集的信号后，开始图像的采集，并将采集到的图像信息送入DSP，为后面的图像格式转化、处理和显示做好准备。DSP将CMOS图像传感器采集到的图像数据存入片外存储器SDRAM中，以便进行处理，并根据具体的图像识别算法要求，进行数据的处理，并将结果传输到显示器上进行显示。其系统框图如图1所示。 　　 　　 　　CM08图像传感器 　　本系统选用的CMoS图像传感器是MICRON公司的MT9T001。这是一款1/2英寸、有效像素为300万像素(2048×1536)的CMOS彩色图像传感器。 　　芯片可以在其默认的模式下工作，也可以由用户自己编程设计帧大小、曝光时间、增益或者其他参数。在默认模式下，输出一幅QXGA图像(2048×1536)其速度可达12帧每秒，输出一幅VGA图像(640×480)其速度可达93帧每秒。片上集成10bit模数转换器，行同步LINE_VALID和帧同步信号FRAME_VALID有专用的输出引脚，同像素时钟PIXCLK一样，与有效数据同步。芯片内部还集成了放大器、时钟控制电路(反相，相位调节)、图像大小调节、圆点定位、白平衡调节、曝光调节、帧速率调节等众多功能电路，并且所有这些控制都通过一个串行总线口进行操作(SCLK和SDATA)。 　　在本系统中选择高像素的CMOS图像传感器，可直接将采集到的图像信息转换成数字信号输出，省去了模数转换器的使用，有效地简化了系统的硬件设计，并且由于本系统应用于显微图像的采集，因此，高像素的CMOS图像传感器可以使拍摄的图像更加清晰，有利于简化后续的图像处理。 　　 　　DSP主处理器 　　在本系统设计中，采用嵌入式系统对传统的光学显微镜的观察方式进行一定的改进，采用高速数字信号处理器完成图像的处理，传输等功能，有效的减小了仪器的体积，便于系统的集成化和小型化设计。在DSP的选择上，本系统选用TI公司C6000系列的TMS320DM642型数字多媒体处理器。这是一款高性能DSP，基于C64x内核，扩展的高级甚长指令字体系结构，具有64个32位通用寄存器，8个独立计算功能单元，其中包括两个乘法器和六个算术逻辑单元，可以并行运行，因此可同时执行多条指令。DM642采用两级缓存结构，64个独立通道的EDMA控制器。此外，DM642还具有丰富的外围设备接口。 　　在本系统工作时，DSP通过视频口接收由CMOS图像传感器传来的图像信号，采用外部内存接口(EMIF)实现与F1ash和SDRAM的数据存储，交换。同时，使用DSP作为处理器也可以为后续的识别算法做一定的准备。 　　 　　系统采集程序 　　 　　在本系统中，单帧图像采集的过程如下：系统上电后，程序从Flash自举，从而完成程序的导入及初始化工作。DSP通过FC总线发出信号，对CMOS图像传感器进行配置，当CMOS图像传感器开始工作后，将采集到的图像信息转化为数字信号，送入处理器DM642,图像数据首先存入DM642视频口的FIFO，当达到FIFO内设定的阈值时，DSP发出信号启动EDMA通道，对FIFO中的图像数据进行搬运，将其存入SDRAM中，再由DSP对SDRAM中的图像数据进行进一步的处理，将处理后的图像数据送