OV5017圖像傳感器芯片的性能介紹及其應用

1 CMOS圖像傳感器的一般特征
　　
目前，CCD（電荷耦合器件）是主要的實用化固態圖像傳感器件，它具有讀取噪聲低、動態范圍大、響應靈敏度高等優點。但CCD技術難以與主流的CMOS技術集成于同一芯片之中。這樣，諸如定時產生、驅動放大、自動曝光控制、模數轉換及信號處理等支持電路就不能與像素陣列做同一芯片上，以CCD為基礎的圖像傳感器難以實現單片一體化，因而具有體積大、功耗高等缺點。
　　
CMOS圖像傳感器是近向年發展較快的新型圖像傳感器，由于采用了相同的CMOS技術，因此可以將像素陣列與外圍支持電路集成在同一塊芯片上。實際上，CMOS圖像傳感器是一個較完成的圖像系統（Camera on Chip），通常包括：一個圖像傳感器核心、單一時鐘、所有的時序邏輯、可編程功能和模數轉換器。其基本結構見圖1。與CCD相比，CMOS圖像傳感器將整個圖像系統集成在一塊芯片上，具有以下優點：

（1）體積小、重量輕、功耗低；

（2）編程方便、易于控制；

（3）平均成本低。

2 OV5017的性能與特點

2.1 OV5017的基本性能
　　
OV5017是美國OmniVision公司開發的CMOS黑白圖像傳感器芯片，該芯片將CMOS光感應核與外圍支持電路集成在一起，具有可編程控制與視頻模/數混合輸出等功能，其輸出的視頻為黑白圖像，與CCIR標準兼容。

OV5017芯片的基本參數為：
　　
(1)圖像尺寸4.2mm×3.2mm，像素尺寸11μm×11μm;
　　
(2)信噪比SNR>42dB;
　　
(3)幀頻50時，最小照度為0.5lux@f1.4；
　　
(4)幀頻50時，峰值功耗小于100mW。
　　
OV5017輸出模擬視頻信號，格式為逐行掃描。OV5017內部嵌入了一個8bit的A/D，因而可以同步輸出8位的數字視頻流D[7…0]。在輸出數字視頻流的同時，還提供像素時鐘PCLK、水平參考信號HREF、垂直同步信號VSYNC，便于外部電路讀取圖像。
　　
OV5017的像素陣列為384×288，分為16×16的子塊，每個子塊大小為24×18，可以在整個圖像的局部開窗，輸出窗口中的圖像。

2.2 OV5017的編程功能
　　
OV5017具有豐富的編程控制功能，其圖像幀頻、曝光時間、增益控制、Gamma校正、圖像開窗等均可通過對芯片內部寄存器的讀寫進行設置，數字視頻流的輸出也必須通過對寄存器讀取才能實現。
　　
芯片內部有11個8位寄存器，通過對地址線A[3..0]的設置來選擇寄存器，通過讀寫數據線[7..0]來讀取或設置寄存器。在對寄存器進行讀（或寫）
時，應使片選CSB與輸出使能OEB（或定使能WEB）有效。

地址號10xx的寄存器為視頻數據端口，它是只讀的，當選中并讀取它時，芯片向外輸出數據視頻流。

地址號0000的寄存器為狀態寄存器，它是只讀的，反映芯片的某些狀態。

地址號0001的寄存器為幀控制寄存器，它是只寫的，用于控制幀與行的同步信號。

地址號0010的寄存器為曝光控制寄存器，它是讀寫的，可選擇自動曝光，也可選擇手工曝光。曝光時間控制在1幀至1/100幀之間。

地址號0011的寄存器為增益控制寄存器，它是讀寫的，當手工曝光時，增益控制在0～18dB之間。

地址號0100的寄存器為幀頻控制寄存器，它是讀寫的，幀頻控制在50～0.5fps之間。
　　
地址號0101的寄存器為雜項控制寄存器，它是讀寫的，負責設置Gamma校正、圖像象、背景光補償、圖像銳化等功能。
　　
地址號0110與0111的寄存器為窗口控制寄存器，它們均是讀寫的，負責設置窗口的水平尺寸、水平位置、垂直尺寸、垂直位置，以確定圖像中的一個窗口。