采用協(xié)處理器和CMOS傳感器的數(shù)碼相機(jī)方案
作者：Ralf Kilguss
什么是CMOS數(shù)碼相機(jī)？對(duì)于最終用戶而言，采用CMOS技術(shù)的數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)沒(méi)有太大不同。大多數(shù)拍照操作方法以及在取景器內(nèi)給被拍對(duì)象安排正確位置的方法都完全相同。那么不同之處在哪里？傳統(tǒng)相機(jī)需要使用一個(gè)35毫米的膠片來(lái)曝光和存儲(chǔ)圖像，而數(shù)碼相機(jī)的曝光采用CMOS傳感器，存儲(chǔ)照片使用內(nèi)置的閃存或可移動(dòng)存儲(chǔ)卡。但這并不是全部，更復(fù)雜的問(wèn)題來(lái)自于處理過(guò)程。CMOS傳感器由一個(gè)光電二極管陣列組成，當(dāng)拍完一張照片時(shí)，CMOS傳感器曝光，然后讀取圖像數(shù)據(jù)。這個(gè)信息被發(fā)送到一個(gè)協(xié)處理器或者后端控制器。協(xié)處理器負(fù)責(zé)所有處理過(guò)程，直到最后圖像被壓縮并保存在任何一種存儲(chǔ)器中。雖然協(xié)處理器能夠處理所有的問(wèn)題，但我們應(yīng)看到傳感器和鏡頭在成像過(guò)程中是非常重要的。即使協(xié)處理器具有非常復(fù)雜的圖像處理能力，如果圖像數(shù)據(jù)失真嚴(yán)重，那么就不可能再完全修復(fù)。盡管成像過(guò)程很復(fù)雜，但還是有簡(jiǎn)單的解決方案。
在解決這些復(fù)雜問(wèn)題方面，意法半導(dǎo)體具有很豐富的經(jīng)驗(yàn)。STv0684協(xié)處理器和VC6700(200萬(wàn)像素)CMOS傳感器是支持200萬(wàn)像素甚至更高分辨的解決方案之一。對(duì)用戶而言，我們提供的工具不僅是一套芯片組，而且還是一個(gè)交鑰匙解決方案。我們將提供電路原理圖、BOM清單、固件、驅(qū)動(dòng)器、生產(chǎn)工具以及支持和建議。
現(xiàn)在，讓我們來(lái)看一下產(chǎn)品特性和優(yōu)點(diǎn)。VC6700 CMOS傳感器采用四晶體管(4T)配置和H8i(0.18μm)制造工藝。這意味著該傳感器的每個(gè)像素有4個(gè)晶體管，這在低光條件下特別有優(yōu)勢(shì)，而普通CMOS傳感器的最大困難就在于低光環(huán)境的成像效果差。借助這項(xiàng)技術(shù)，ST的CMOS傳感器能達(dá)到十分接近CCD的低光性能。眾所周知，CMOS與CCD相比具有其它優(yōu)點(diǎn)：采用單電源供電因而功耗低；邏輯電路可以被集成到同一芯片上，從而減少外圍無(wú)源器件的數(shù)量。此外，VC6700已經(jīng)被構(gòu)建在3.3V 和 1.8V線性穩(wěn)壓器中，當(dāng)使用USB或充電電池供電時(shí)，這些線性穩(wěn)壓器可與外部功率晶體管一道調(diào)節(jié)其余電路的功率。
我們還內(nèi)置了一個(gè)用于錄音的音頻前置放大器，它使音頻電路變得非常簡(jiǎn)單，只需連接麥克風(fēng)即可。我們傳感器的主要特性之一是具有48MHz 或 4,800萬(wàn)像素/秒的讀取速度，從而有可能實(shí)現(xiàn)25fps(幀/秒)的視頻傳輸速率。這個(gè)特性允許我們?cè)谑褂迷摻鉀Q方案時(shí)可以不用機(jī)械快門葉片。與此同時(shí)，它要求協(xié)處理器也必須能處理這個(gè)速率的數(shù)據(jù)，否則會(huì)導(dǎo)致圖片失真，如圖像分片。當(dāng)數(shù)據(jù)讀取速率過(guò)慢時(shí)就會(huì)發(fā)生圖像分片現(xiàn)象。這時(shí)映入眼簾是快速運(yùn)動(dòng)的對(duì)象，因?yàn)閭鞲衅鞯淖x取順序是按照滾動(dòng)快門的原則從上到下逐線讀取的。
圖1說(shuō)明了STv0684的特性，這個(gè)器件是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制所有處理過(guò)程和系統(tǒng)。
對(duì)比STv0684與其它同類元器件，我們發(fā)現(xiàn)有很多不同之處，特別是在視頻管道方面。我們?cè)谕粋�(gè)系統(tǒng)內(nèi)有兩個(gè)獨(dú)立的處理器，這可以從根本上提高整體性能。VP(視頻處理器)是由一個(gè)硬件模塊
