130萬(wàn)像素CMOS數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計(jì)與制作

摘要：本文介紹了一種130萬(wàn)像素CMOS數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計(jì)原理、基本組成及規(guī)格特點(diǎn)，并已有具體實(shí)踐的結(jié)果和產(chǎn)品應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：數(shù)碼照相機(jī), DSC, 光電傳感器, CCD/CMOS Sensor, 數(shù)字圖像處理, DSP
一、概述
數(shù)碼照相機(jī)簡(jiǎn)稱數(shù)碼相機(jī)，英文名“Digital Still Camera”，是一種利用光電傳感器(CCD/CMOS SENSOR)把圖像(Image)轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)(Electronic Data)的照相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)，是現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)、照相機(jī)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的產(chǎn)物。隨著電信、計(jì)算機(jī)的普及和家庭化，數(shù)碼相機(jī)作為計(jì)算機(jī)的圖像輸入設(shè)備，不僅能采集靜止圖像，而且能采集視頻圖像和音頻信號(hào)，便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理，容易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。
數(shù)碼相機(jī)是以電子存儲(chǔ)設(shè)備作為攝像記錄載體，通過(guò)光學(xué)鏡頭在光圈和快門的控制下，實(shí)現(xiàn)在電子存儲(chǔ)設(shè)備上的曝光，完成被攝影像的記錄。數(shù)碼相機(jī)是由LENS(鏡頭)、CCD/CMOS(光電傳感器)、A/DC(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)、DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)、BUILT-IN MEMORY(內(nèi)置存儲(chǔ)器)、LCD(液晶顯示器)、SD CARD(可移動(dòng)存儲(chǔ)器)和USB INTERFACE(計(jì)算機(jī)接口)等部分組成的。

圖1. CMOS的數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖
數(shù)碼相機(jī)中只有鏡頭的作用與光學(xué)相機(jī)相同，它將光線會(huì)聚到感光器件CCD/CMOS上。CCD/CMOS是半導(dǎo)體器件，它代替了光學(xué)相機(jī)中膠卷的位置，它的功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。這樣，我們就得到了對(duì)應(yīng)于拍攝
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景物的電子圖像，但是它還不能馬上被送去計(jì)算機(jī)處理，還需要按照計(jì)算機(jī)的要求進(jìn)行從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，ADC器件用來(lái)執(zhí)行這項(xiàng)工作。接下來(lái)DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理壓縮并轉(zhuǎn)化為特定的圖像格式，例如JPEG格式。最后，圖像文件被存儲(chǔ)在內(nèi)置存儲(chǔ)器或可移動(dòng)存儲(chǔ)器中。然后通過(guò)LCD(液晶顯示器)查看拍攝到的照片。大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)提供了連接到計(jì)算機(jī)和電視機(jī)的USB/TV接口。
130萬(wàn)像素CMOS數(shù)碼相機(jī)由感光元件(CCD/CMOS)、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、信號(hào)處理(DSP)、JPEG 編碼壓縮器、存儲(chǔ)器、LCD顯示屏、連接端口、電源等重要元件以及附帶的驅(qū)動(dòng)軟件所組成。具體可分為CCD/CMOS控制，AE/AF/AWB(測(cè)光/對(duì)焦/自動(dòng)白平衡)，數(shù)字信號(hào)處理，JPEG壓縮，存儲(chǔ)卡控制和LCD屏幕顯示等6個(gè)關(guān)鍵電路。如上圖1 所示，是130萬(wàn)像素CMOS數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。

二、130萬(wàn)像素?cái)?shù)碼相機(jī)的設(shè)計(jì)
我們?cè)O(shè)計(jì)的130萬(wàn)像素CMOS數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括硬件和軟件兩大部分。硬件結(jié)構(gòu)包括外殼、鏡頭、CMOS圖像傳感器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、影像存儲(chǔ)器、顯示器和電源電路等部件。軟件在DSP中實(shí)現(xiàn)圖像壓縮功能，把拍攝下來(lái)的影像以高質(zhì)量、高速度、高容量存儲(chǔ)在數(shù)碼相機(jī)存儲(chǔ)器和移動(dòng)式PCMCIA卡中。主芯片是一塊DSP(臺(tái)灣Sunplus的SPCA533A)和一個(gè)CMOS Sensor(美國(guó)OmniVision的OV9620)。130萬(wàn)像素CMOS數(shù)碼相機(jī)的電路框圖如圖2所示。