一文看懂碼靈半導體CFW32C7UL系列產品應用（六）： ISP圖像處理單元

歡迎再次來到“碼靈半導體CFW32C7UL系列產品應用介紹”連載專題。通過前幾期對CFW32C7UL系列的介紹，相信大家已經了解到CFW32C7UL系列具有高穩定性、高安全性、外設接口豐富、低功耗和高性價比等亮點，在條碼識讀設備、POS機、打印機、特征識別、工業人機交互界面HMI、工業物聯網關和醫療設備等泛工業領域有著廣泛而豐富的應用。同時對于從事開發設計的朋友想必已經很好奇其在具體應用中的表現了。本期我們從CFW32C7UL系列的應用場景及相關功能模塊來展開介紹。

一、條碼識讀設備及其市場前景

具備圖像輸入功能的條碼識讀設備是碼靈半導體CFW32C7UL系列的一大應用場景。中國條碼識讀設備市場飛速發展。受批發零售業、制造業、物流和交通行業條碼識讀設備需求量保持高增長的驅動，中國大陸已成為亞太地區最大的條碼識讀設備市場。2011年我國條碼識讀設備市場規模約13.35億元，2017年國內條碼識讀設備市場規模達到了28.42億元，需求量從485萬臺增加到1655萬臺。同時伴隨著國內物聯網及數字經濟的快速發展，2018年、2019年國內市場需求量分別超過了3000萬臺、4500萬臺。

▲中國條碼識讀設備市場需求情況（來源：智研咨詢）

二、CFW32C7UL系列ISP模塊的特性

CFW32C7UL系列為實現圖像數據的采集及處理，就必須依靠的ISP模塊。下面我們具體介紹下CFW32C7UL系列最重要的功能模塊之一---ISP圖像處理單元。

▲CFW32C7UL系列的ISP模塊（黃色框內）

CFW32C7UL系列內置的ISP模塊能夠將Sensor采集的BayerPattern RGB圖像轉變為清晰銳利的高質量圖像。本芯片內置的ISP模塊包含動態壞點校正，自動曝光控制，自動白平衡控制，黑電平校正，Gamma，縮放等功能。圖像輸入接口為DVP+MIPI，數據存取接口采用AMBA AXI3協議，配置接口采用AMBA APB3協議。下面具體介紹下CFW32C7UL系列ISP模塊的相關特性。

1、視頻接口特性

?  AECAGC，自動曝光和增益控制；

?  支持最多2通道的D-PHY數據輸入，通道數可配置；

?  D-PHY輸入采用PPI接口；

?  單個D-PHY通道支持最大2G bps的數據傳輸；

?  支持最大12-bit的數字并行接口（DVP）輸入；

?  DVP接口時鐘最高支持到108MHz；

?  支持64-bit AXI3.0的DMA接口輸出；

?  支持最大3M@30fps的Byer-RGB的sensor圖像輸入，可支持目前掃碼sensor主流的1.3M@120fps。

▲ISP的視頻接口示意圖

DVP接口支持8、10、12 bit的Bayer-RGB。

MIPI CSI 2.0接口輸入時，Bayer圖像經MIPI接口輸入到D-PHY，通過PPI接口到ISP系統內部的MIPI Host。在MIPI Host內部數據被打包成32-bit的數據傳給ISP處理，處理好的數據通過64-bit的AXI接口輸出給外部。

2、ISP特性

?  AECAGC，自動曝光和增益控制

?  AWB，自動白平衡

?  AFC，自動對焦

?  DPC，壞點檢測

?  LENC，鏡頭陰影校正

?  CCM，色彩校正矩陣

?  50/60Hz 燈光閃爍消除

?  增強色彩插值（去馬賽克）

?  伽馬校正

?  圖像降噪

?  銳化增強

?  亮度、飽和度、色度和對比度控制

?  數字變焦（放大4x，縮小16x）

?  ARC，自動動態范圍控制（僅支持HDR）

?  閃光燈控制

?  機械快門控制

三、CFW32C7UL系列ISP模塊的系統功能

通過對CFW32C7UL系列ISP模塊的特性介紹后，我們就可以更容易理解其功能應用。下面就其輸出處理、數據儲存機制及系統應用進行詳細介紹。

1、數據處理

ISP從Sensor接收Bayer Pattern RGB（RAW）數據，分別在RAW域，RGB域以及YUV進行處理，最終輸出YUV數據。

RAW數據主要經過動態壞點校正（DBPC），黑電平校正（BLC），鏡頭陰影校正（LSC），RAW域3A信息統計（3A Statistics），白平衡（WBG），顏色插值（Demosaic），得到RGB數據；RGB數據經過Gamma校正，RGB2YUV轉換為YUV數據。Y數據經過縮放模塊（Y Scaler）可以帶動所需要亮度的圖像。

2、數據儲存

Sensor送入的數據可以直接送到ISP內部的處理模塊進行各種處理，也可以直接寫到ISP外部的Memory中。

黑電平標定，鏡頭陰影標定等都需要將RAW數據直接寫到外部Memory，導出到標定工具中，產生Sensor的黑電平，鏡頭陰影補償系數表。

3、系統應用

ISP的應用也很簡單，具體的應用流程如下：

① CPU根據需要配置ISP，并響應中斷；

② AXI根據CPU的配置，從Memory中載入配置數據，從外部Sensor接收RAW數據；

③ 將統計信息送到外部Memory，處理好的Image（YUV數據）可以存入外部Memory中；

④ 如果ISP后面有相應的后處理模塊，則ISP處理好的YUV數據也可以直接送入后面的后處理模塊。

▲ISP的應用流程示意圖

通過上述對CFW32C7UL系列內置的ISP模塊的介紹，相信大家對ISP的特性、功能等已經有了較為深入的了解。本芯片內置的ISP模塊除了可提供處理后的Y圖（亮度圖）的格式給普通客戶外，也可以提供不加任何處理的sensor出來的RAW圖。當然如果您對自家的圖像處理算法相當自信的話，采用RAW圖自行處理也是一種差異化的好選擇。

碼靈半導體CFW32C7UL系列內置的ISP模塊支持的sensor接口包括DVP和MIPI接口，可支持不同規格的像素及分辨率的sensor。如果您的產品項目特別關注產品安全、設備功耗、圖像處理、便捷的操作系統，那么碼靈半導體CFW32C7UL系列是一個非常不錯的選擇。如果您對我們的產品有興趣，或者需要詳細了解更多的參數，歡迎來撩！今天的話題就到這兒，我們下期見！

本期作者：謝耀華、梁夢雷、陳紹景、劉悅臻、謝劍杰