数字式CMOS摄像头在智能车控制系统中的应用方案

引言

　　飞思卡尔智能车比赛已经成功举办4届，以摄像头为主要传感器的参赛队伍大多数选用了模拟CCD或模拟CMOS摄像头。本文介绍了数字式CMOS 摄像头MT9M011的性能特点和工作方式，给出了MT9M011在基于HCSl2单片机的智能车控制系统中的应用方案，并分析了数字摄像头的优势和不足。

　　1 CMOS图像传感器的特点

　　CMOS图像传感器可通过CMOS技术将像素阵列与外围支持电路(如图像传感器核心、单一时钟、所有的时序逻辑、可编程功能和A／D转换器)集成在同一块芯片上。与CCD(电容耦合器件)图像传感器相比，CMOS图像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上，具有体积小、重量轻、功耗低、编程方便、易于控制等优点；同时，可通过I2C、SPI等接口配置其曝光时间、增益控制等功能，可控性强。因此，CMOS图像传感器的应用已经变得越来越广泛。

　　2 MT9M011的性能特点与工作方式

　　2．1 MT9M011的基本参数

　　MT9M011是一款：Mieron公司推出的RGB三基色的130万像素数字式CMOS摄像头，具有可编程控制及数字信号输出等功能。其输出为Bayer彩色格式，图像尺寸为4．6 mm×3．7 mm，像素尺寸为3．6 μm×3．6 μm，最大分辨率为1 280×1 024，支持的最高时钟频率为25MHz；A／D转换精度为10位，最大信噪比为44 dB，在最高分辨率模式下功耗为129 mW。

　　MT9M011输出为逐行扫描的数字信号，通过内嵌的10位ADC将模拟视频信号采样量化后同步输出10位数据流。同时，MT9M011还提供像素时钟(PIXCLK)、行有效信号(LVAL)、帧有效信号(FVAL)，以及配置MT9M011所需的I2C协议引脚SCLK和SDAT。

　　2．2 MT9M011的编程功能

　　MT9M011有25个寄存器，涉及摄像头的各个方面，通过与I2C兼容的串行总线时序读写。结合智能车竞赛应用重点介绍以下寄存器：

　　①行起始寄存器(Ox01)和列起始寄存器(Ox02)。这两个寄存器决定输出图像的起始点坐标。利用这两个寄存器可以软件调节摄像头采集到的图像整体位置。

　　②行宽度寄存器(0x03)和列宽度寄存器(Ox04)。MT9M011的一大特色就是输出数据的图像大小可以任意调整。通过这两个寄存器可以针对当前的应用环境(即赛道)设置合适的图像范围。

　　③曝光时间寄存器(Ox09)。该寄存器的值决定了摄像头采集一帧图像时感光元器件的感光时间。通过调整该寄存器值的大小可以直接调整图像的成像质量。

　　④数据读取模式寄存器(Ox20)。该寄存器可以使输出的行数据和列数据减少至1／2或者1／4，也可以使输出的图像镜面对称。

　　⑤增益设置寄存器。它又包含Greenl分量增益设置寄存器(Ox2B)、Blue分量增益设置寄存器(Ox2C)、Red分量增益设置寄存器 (Ox2D)、Green2分量增益设置寄存器(Ox2E)和全局增益设置寄存器(Ox2F)5个寄存器。由于RGB分量对同一光源表现出不同的数值，因此需要针对不同的光源情况分别调整前4个寄存器的值，而这也是这款摄像头最大的缺点。