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文章编号:1008-0570(2006)11-1-0173-03

大面阵高帧频可配置CMOS数字视频系统研究
与实现

ResearchandRealizationofHugeFrameandHighframespeedconfigurableCMOSDigital
VideoSystem

(1.中科院西安光学精密机械研究所;2.中国科学院研究生院)董佳1,2邱跃洪1陈智1,2
Dong,JiaQiu,YuehongChen,Zhi

摘要:CMOS图像传感器在许多领域取得了广泛的应用。选用IBIS5-A-1300作为大面阵高帧频CMOS图像传感器,通过
FPGA实现对视频系统的控制并采用USB2.0作为高速数据接口接收主机指令和传输图像数据。提出了一个完整的采用
CMOS图像传感器的数字视频系统设计方案。
关键词:CMOS图像传感器;FPGA;视频系统;USB2.0
中图分类号:TN386.1文献标识码:A技
Abstract:CMOSsensorhavebeenappicatedinmanyfields.SelectIBIS5-A-1300asthelargeframehighframespeedCMOSsensor
andcontrolthevideosystemwithFPGAdevice,receiveordersfromhostandtransfervideosignalwithhigh-speedUSB2.0.Providea术
integrateddigitalvideosystemprojectthatadoptstheCMOSsensor.
Keywords:CMOSSENSOR,FPGA,videosystem,USB2.0创
新
1前言Fillfactory是从事于CMOS图像传感器设计制造
的专业公司之一,其产品面向工业、高速摄影以及航
固态图像传感器主要有CCD器件和CMOS器件天等领域。IBIS5-A-1300是Fillfactory设计的工业级
两种。近年来,CMOS图像传感器取得了较大的发展,CMOS图像传感器,分辨率为1280×1024,帧速率达到
在很多性能指标上已经接近或者超过CCD器件,在功30fps,动态范围最大达到100db,并且支持翻转快门和
耗,价格,集成度等方面相比CCD器件,具有较大的优同步快门两种快门方式,集成的ADC提供10bit的数
势,尤其是随着开窗、直接像素读取、欠采样等技术的字信号输出,内部有大量的寄存器和控制器,可以对
实现以及像素数的大幅提高,采用CMOS图像传感器传感器的工作状态进行实时调整。该CMOS图像传感
的数字视频系统已经开始用于工业视觉、高速摄像、器功耗为仅175mW,满足低功耗的要求,工作频率为
航天、医疗、消费品等领域。40MHz,通过开窗技术,还可以根据实际需要实时提高
2设计要求及实现方案帧速率。
IBIS5-A-1300的供电要求比较复杂,在双快门工
2.1设计要求
作模式下,具体电源配置方案如表1:
鉴于CMOS图像传感器的性能特点及其应用领
表1电源配置方案
域,往往要求其图像采集系统具有以下一些特点:1.体
积小、功耗低。在对使用环境和便携性敏感的领域,体
积和功耗往往是决定性的因素。2.方便使用和安装。应
采用常见的接口,便于和后端的设备连接,如USB或
1394等,满足速度要求的同时要考虑成本和开发的可
行性。3.足够的像素数和帧速率。对于实际应用而言,
往往要求图像采集系统具有尽量大的像素数和足够IBIS5-A-1300有11个16bit寄存器,可根据应用
高的帧速率。需求进行设定,并实时作出修改。以下几个寄存器必
2.2设计方案须根据功能需要进行设置:寄存器0000,用于设置快
2.2.1CMOS图像传感器门方式;寄存器0001、0010用于设置曝光区域;寄存
器,用于设置放大器增益。其他寄存器可以使用
董佳:硕士研究生1000
《PLC技术应用200例》邮局订阅号:82-946360元/年-173-
传感器与仪器仪表中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2006年第22卷第11-1期

默认值。elseif(cotsst>9'b100001000&&cotsst<=9'
2.2.2时序与控制b100001001)
整个视频系统的控制通过FPGA完成,包括图像beginSs_stop<=1;cotsst<=cotsst+1;end
传感器的时序,对USB的控制,配置扩展功能,FIFOelse
等。ep2c20属于Altera公司的CYCLONE2系列产品,begincotsst<=9'b100001111;Ss_stop<=0;end
QFN封装,240管脚,集成187