OV5017图像传感器芯片的性能及应用

1 CMOS图像传感器的一般特征
　　
目前，CCD（电荷耦合器件）是主要的实用化固态图像传感器件，它具有读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点。但CCD技术难以与主流的CMOS技术集成于同一芯片之中。这样，诸如定时产生、驱动放大、自动曝光控制、模数转换及信号处理等支持电路就不能与像素阵列做同一芯片上，以CCD为基础的图像传感器难以实现单片一体化，因而具有体积大、功耗高等缺点。
　　
CMOS图像传感器是近向年发展较快的新型图像传感器，由于采用了相同的CMOS技术，因此可以将像素阵列与外围支持电路集成在同一块芯片上。实际上，CMOS图像传感器是一个较完成的图像系统（Camera on Chip），通常包括：一个图像传感器核心、单一时钟、所有的时序逻辑、可编程功能和模数转换器。其基本结构见图1。与CCD相比，CMOS图像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上，具有以下优点：

（1）体积小、重量轻、功耗低；

（2）编程方便、易于控制；

（3）平均成本低。

2 OV5017的性能与特点

2.1 OV5017的基本性能
　　
OV5017是美国OmniVision公司开发的CMOS黑白图像传感器芯片，该芯片将CMOS光感应核与外围支持电路集成在一起，具有可编程控制与视频模/数混合输出等功能，其输出的视频为黑白图像，与CCIR标准兼容。

OV5017芯片的基本参数为：
　　
(1)图像尺寸4.2mm×3.2mm，像素尺寸11μm×11μm;
　　
(2)信噪比SNR>42dB;
　　
(3)帧频50时，最小照度为0.5lux@f1.4；
　　
(4)帧频50时，峰值功耗小于100mW。
　　
OV5017输出模拟视频信号，格式为逐行扫描。OV5017内部嵌入了一个8bit的A/D，因而可以同步输出8位的数字视频流D[7…0]。在输出数字视频流的同时，还提供像素时钟PCLK、水平参考信号HREF、垂直同步信号VSYNC，便于外部电路读取图像。
　　
OV5017的像素阵列为384×288，分为16×16的子块，每个子块大小为24×18，可以在整个图像的局部开窗，输出窗口中的图像。

2.2 OV5017的编程功能
　　
OV5017具有丰富的编程控制功能，其图像帧频、曝光时间、增益控制、Gamma校正、图像开窗等均可通过对芯片内部寄存器的读写进行设置，数字视频流的输出也必须通过对寄存器读取才能实现。
　　
芯片内部有11个8位寄存器，通过对地址线A[3..0]的设置来选择寄存器，通过读写数据线[7..0]来读取或设置寄存器。在对寄存器进行读（或写）
时，应使片选CSB与输出使能OEB（或定使能WEB）有效。

地址号10xx的寄存器为视频数据端口，它是只读的，当选中并读取它时，芯片向外输出数据视频流。

地址号0000的寄存器为状态寄存器，它是只读的，反映芯片的某些状态。

地址号0001的寄存器为帧控制寄存器，它是只写的，用于控制帧与行的同步信号。

地址号0010的寄存器为曝光控制寄存器，它是读写的，可选择自动曝光，也可选择手工曝光。曝光时间控制在1帧至1/100帧之间。

地址号0011的寄存器为增益控制寄存器，它是读写的，当手工曝光时，增益控制在0～18dB之间。

地址号0100的寄存器为帧频控制寄存器，它是读写的，帧频控制在50～0.5fps之间。
　　
地址号0101的寄存器为杂项控制寄存器，它是读写的，负责设置Gamma校正、图像象、背景光补偿、图像锐化等功能。
　　
地址号0110与0111的寄存器为窗口控制寄存器，它们均是读写的，负责设置窗口的水平尺寸、水平位置、垂直尺寸、垂直位置，以确定图像中的一个窗口。