作者：孙莹涛 李玉山

    cmos图像采集系统普遍存在图像质量问题，如果没有对图像进行专门的处理，则图像质量难以保障。

    近些年来，随着soc技术的快速发展，在图像采集和处理领域，出现了soc影像传感器，它集成cmos传感器和图形处理器功能，可以得到令人非常满意的图像质量。本文设计的视频采集系统采用了soc成像芯片mt9m111和usb2.0接口芯片cy7c68013。

    系统结构

    本系统的原理框图如图1所示。当图像传感器开始工作后，先将采集到的数据通过fpga控制逻辑存储到sram1中，一帧图像的采集/存储过程结束后，sram1进入写结束状态。此时切换sram，sram2继续存储采集到的数据，同时，sram1处于可读状态，由fpga里的控制逻辑控制，将sram1中的数据传输到usb芯片，然后传输到主机。本系统采用双sram结构和乒乓机制，两片存储器交替工作，使图像的采集和传输并行进行。双帧存结构不仅提高了系统的速度，而且，由于在fpga里实现各种图像处理的算法大都需要比较大的存储空间，所以两个大容量sram在实现算法时可以充当外部缓存。

    mt9m111

    本系统采用美光公司推出的集成cmos传感器和图形处理器的soc产品mt9m111。mt9m111是低功耗、低成本渐进扫描cmos图像传感器；130万像素分辨率(1280h×1024v)；1/3英寸光学格式；全分辨率15fps的功耗为170mw，vga分辨率30fps的功耗为90mw。mt9m111采用低漏电dram工艺，配备了美光的digitalclarity专利技术，即使在最差的光照条件下也能提供清晰明亮的彩色图像。mt9m111具有较低的暗电流，并降低了色度/亮度干扰和瞬间噪声。mt9m111的嵌入可编程图像流处理器提供的功能包括色彩恢复和修补、自动曝光、白平衡、镜头阴影修正、增加清晰度、可编程灰度修正、黑暗电平失调修正、闪烁避免、连续调整滤光尺寸、平滑的数字变焦、快速自动曝光模式和不工作时缺陷修正等。而且，还配备了两线串行接口，usb芯片可以通过这两线串口对其进行配置。

    is61wv20488

    与图像处理有关的sram参数主要是sram 的读写速度和容量。在容量方面，本系统采集图像的最大分辨率为1280×1024，数据宽度为8位，2m×8bit的sram可以满足存放一帧图像数据的要求。sram的读写速度一般为12ns、15ns、20ns或者更慢，由于sram的读写速度直接影响整个图像处理系统的时钟，所以，sram的读写速度越快越好。本系统选用了issi公司的is61wv20488，芯片容量为2m×8bit。

    cy7c68013

    图像数据传输部分采用cypress公司推出的专门用于usb2.0的接口芯片cy7c68013。该芯片包括带815kb 片上ram 的增强型8051 处理器(与标准8051 系列兼容,速度提高3~5倍)、4kb fifo 存储器和通用可编程接口i2c 总线、串行接口引擎( s ie ) 以及usb2.0 收发器。

    图1 基于soc影像传感器的视频采集系统

    系统软/硬件设计

    系统软/硬件设计由3部分构成：图像采集/存储模块、图像传输模块和usb驱动/主机应用程序模块。

    图像采集/存储模块

    该模块主要由fpga的控制逻辑将成像芯片mt9m111采集到的图像数据实时地传送到sram中。在系统中采用双帧存结构，每个由一片is61wv20488 sram构成，能够存放一帧1280×1024分辨率的图像数据。由于采用了乒乓机制，两片存储器之间交替工作，从而使图像的采集和传输并行进行。为确保在任何时刻只有一片sram可以读取采集到的图像数据，设置了一个读互斥锁，同样，只有一个sram可接收采集到的图像数据，因此，又设置了一个写互斥锁。需要注意的是，由于图像传感器的图像数据输出速度要比usb2.0传输速度慢，所以，当读完sram2的数据以后，需要等待另一片sram1完成写图像数据后，才可以向sram2写入下一帧图像数据，而sram1无需等待便可