基于USB2.O的CMOS图像采集系统的设计

　　O 引言

　　CMOS图像传感器与CCD图像传感器相比，具有功耗低、集成度高，便于采用高速的并行读取体系等优点，因而在图像传感、天文观测、星敏感器等领域得到广泛应用。目前图像采集主要基于PCI总线或其他传统接串并口图像采集系统进行数据传输，它们存在着功耗高，安装复杂，价格昂贵等缺点。在实现对高分辨率图像传感器无丢失的数据传输过程中，USB2.O接口以其即插即用、扩展性强、传输速度高达480Mbps等优点，能够满足快速传送大批量数据要求。

　　因此，高分辨率的CMOS图像传感器和高速USB总线技术为图像传感技术的改进应用提供了必要的条件。解决了以往低分辨率图像传感器像源失真，稳定性能差等缺点。本系统利用130万像素CMOS图像传感器实现了图像高速传输采集，其传输速度达到23.6MBps，能广泛地应用在工厂矿山等恶劣环境中。

　　1 系统硬件设计

　　图像采集系统部分主要由光学镜头、CMOS图像传感器，USB控制器以及驱动电路(E2PROM等)组成。图1为硬件系统的总体框图。

　　1.1 CMOS图像传感器一0V9620

　　0V9620集成了CMOS光感应核，时序控制电路，A/D转换器及SCCB(serialCamera Contro1 Bus)接口等。具有SXGA(分辨率1280×1024)和VGA(分辨率640×480)两种模式，并可以提供15fps的SXGA或30fps的VGA动态图像。带有目标黑级校准、可编程/自动曝光、增益控制及白平衡控制功能。

　　0V9620具有可编程控制10bit数字视频信号并行输出功能，同时提供像素时钟PCL K、行同步信号HREF及帧同步信号VSYNC，为后续USB对视频数据的接收与传输提供同步控制信号。其时序图如图2所示。其数据输出格式为Bayer RAW，即利用Bayer滤光阵列把输入光信号分解成RGB三原色，每个像素仅保留一种颜色，RGB保留比例为2： 4： 2。

　　1.2 USB控制芯片一CY7C68013

　　CY7C68013芯片集成了增强型805lMCU、串行接口引擎SIE、片上RAM、4K的FIF0存储器、通用可编程接口GPIF及数据/地址总线，减少了多个芯片接口部分需要时序配合的麻烦，并节省电路板空间。CY7C68013的如下特性保证了其高速(480Mb/s)传输特性。

　　(1)芯片内有480Mb/s的收发器(PLL和智能SIE)，很好的执行了USB2.0协议，并将MCU解放出来，加快传输速率。

　　(2)具有“量子FIFO”的处理框架，并具有2、3、4倍增缓冲端点FIF0，解决了高速模式下带宽问题，较好适应USB2.0数据高速传输速率。

　　(3)内嵌增强型8051内核可运行在48MHz的时钟频率下，每条指令只需4个时钟周期，速度远高于普通805 l单片机。

　　1.3 图像采集电路及实现