基于CMOS 像传感器的视频采集系统设计

3.2 数据采集芯片 EZ-USB FX2

USB传输部分选用了CYPRESS公司的EZ-USB FX2芯片，它是一个USB2.0集成外围控制器，该芯片支持12M/S的全速传输和480M/S的高速传输，可以使用（具有）4种USB传输方式：控制传输、中断传输、块传输和同步传输；该器件集成有一个增强型的8051、8.5kB的RAM、4kB的FIFO存储器、串行接口引擎（SIE）、通用可编程接口（GPIF）、I/O口、数据总线、地址总线[6]。

3.3 Altra公司的CPLD控制芯片EPM570。

系统的时序控制芯片采用Atral公司的CPLD控制芯片EPM570。该芯片可以很好的完成系统的时序控制要求。

四．CMOS视频成像系统设计。

4.1系统的硬件实现。

本采集系统为两块四层PCB板组合而成，其中一块为视频采集板，一块为USB数据传输板。其核心CMOS视频图像采集板如图3所示。

图3：CMOS视频图像采集板原理图

从硬件设计的原理图可以看出，CMOS图像传感器只需提供少量的电源转换器件即可正常工作，这是因为CMOS图像传感器功耗很小，只需采用USB总线提供的5v电压就可以驱动其正常工作。另外CMOS图像传感器芯片仅需要少数的几个外部控制信号即可完成图像的采集（本系统的控制信号由USB数据传输板上的CPLD芯片提供），且芯片内部集成了输出放大器，数模转换模块，只需修改芯片中的特殊寄存器值即可改变输出放大器的偏置电压，增益等参数，这样就大大降低了硬件设计的复杂度和成品的体积，具有很高的应用价值。

4.2．系统的时序设计。

CMOS图像传感器结构简单，内部集成度高，因此仅需很少的外部控制信号即可完成视频图像的采集输出

本系统时序采用VHDL硬件描述语言设计，其核心部分为一个有限状态机，具体状态关系如下

系统工作过程如下：当系统上电后，CPLD产生复位信号复位整个芯片到初始状态，然后对芯片进行并行数据注入，向CMOS图像传感器的特殊寄存器写入预定值，设置诸如像元积分时间，像素读出行数，输出放大器增益等参数。随后CPLD给CMOS芯片提供 ss_start信号，标志开始像素积分，ss_stop信号结束像素积分，随后图像传感器即处于可读出状态。向CMOS发出y_start信号开始一帧图像的读出，发出y_clock信号，开始一行图像的读出，当CMOS图像传感器有像素信号输出时， pxl_valid引脚信号为高，此时CMOS图像传感器正在进行一行图像的输出，当pxl_valid变低时，一行图像输出结束，CPLD再提供下一个y_clock信号，启动CMOS进行下一行图像的读出。当一帧图像的最后一行开始读出时，CMOS芯片的LAST_LINE引脚变高，标志一帧图像读出的结束，CPLD再产生下一个ss_start信号，开始下一帧图像的读出。这样，CMOS就在CPLD的时序控制下，正常工作,循环读出图像。

4.3.USB图像采集模块设计。

本系统的数据采集模块采用cypress公司的EZ­_USB FX2 ,USB传输芯片，通过编写固件程序，使该芯片工作在高速批量传输方式。本系统采用芯片中的SLAVE FIFO传输模式[7],即不通过USB芯片中增强型8051核控制和干预，将数据直接通过USB总线，高速的传输到pc机中。最后利用visual c++6.0编写上层用户端程序，采用多线程技术，创建两个线程：USB传输线程和图像实时显示线程，实现了在pc机中的实时图像显示。

五.试验结果

从试验拍摄的鉴别率靶图像可以看到，CMOS图像传感器成像清晰，稳定，分辨率高。整个CMOS视频采集系统结构简单，时序设计容易，开发周期短，其成品体积小，外围器件少，成本低，采用USB总线供电，即插即用，具有很高的实用价值。