基于CMOS图像传感器的视频采集系统

基于CMOS图像传感器的视频采集
 引言
CCD和CMOS图像传感器作为固体图像传感器领域的竞争对手，两者在性能表现上各有优劣。

相较于CCD图像传感器，CMOS图像传感器功耗低，结构简单，集成度高，体积小，成本低，这就使产品的便携性和可靠性得以极大的提高。

由于CMOS图像传感器的内部结构，使其具有高抗辐照，抗干扰能力强，因此在图像传感，天文观测、小卫星、星敏感器等应用领域表现出极大的应用潜力[1]。

另外基于CMOS图像传感器的加工工艺，可以较容易的制造出大面阵的CMOS体传感器器件，更加扩展了CMOS图像传感器的应用范围。

基于CMOS图像传感器的视频采集系统充分的利用了CMOS图像传感器的优点，采用USB总线供电，即插即用，电路简单，功耗低，成品体积小，成像清晰，稳定，很好的满足了CMOS图像采集系统的图像采集要求。

 
一．CMOS图像传感器的内部结构。

一种基于ＣＭＯＳ传感器的图像采集系统设计作者：杜江林慧贞胡东亮来源：《现代电子技术》2008年第06期摘要：CMOS型传感器比传统的CCD型传感器具有诸多优势，基于CMOS型传感器的图像系统已成为研究和开发的重点。

设计一种以FPGA为核心控制芯片、基于USB接口和ADCS1121 CMOS型单色图像传感器的图像采集系统。

介绍系统的构成及其硬件设计方法，给出USB固件程序、设备驱动程序及用户应用程序的实现方法。

关键词：CMOS图像传感器；图像采集；USB；传输控制中图分类号：TN386 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)06-186-03Design of Image Acquisition System Based on CMOS Image SensorDU Jiang LIN Huizhen2，HU Dongliang2(1.Zhuhai Sanet Technology Co.Ltd.，Zhuhai，519000，China；2.Naval University of Engineering，Wuhan，430033，China)Abstract：CMOS sensor has many advantages than traditional CCD sensor，the image system based on CMOS has became a hotspot in research and development.A image acquisition system based on USB and ADCS1121 CMOS homochromatic image sensor is designed here.The hardware of system is analyzed in detail，the program of USB interface controller and CMOS sensor driver and application software are described.Realization of USB firmware program，equipment driving program and application program are given.Keywords：CMOS image sensor；image acquisition；USB；transmission control1 引言CMOS型传感器的象素间距急速减小，已接近于CCD型传感器的水平，而在较小的几何结构内可以集成时序和控制电路、缓冲放大器、A/D转换器、信号处理模块等。

基于CMOS图像传感器的视频采集系统设计丁昊杰;刘敬彪;盛庆华【摘要】提出了一种采用Altera公司CycloneⅡ系列的FPGA作为主控芯片,采用OV7670这款CMOS图像传感器作为视频信号源并采用SRAM(静态随机存储器)作为数据缓存的实用方案,实现了对图像传感器寄存器配置、图像传感器输出信号采集、图像数据格式转换、图像数据缓存及最终在VGA显示器上进行图像显示的一系列过程.该视频采集系统设计能够很好地满足实时图像的输出需求.%The configuration of the image sensor's registers, image sensor output signal acquisition, image data format conversion, image data buffer and final image displays on VGA monitor were realized by taking Altera's Cyclone II FPGA as a control chip, OV7670 CMOS image sensor as the video source and SRAM(Static Random Access Memory) as a data cache. The digital video acquisition system is able to satisfy the demand for real-time image output.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)014【总页数】5页(P178-181,188)【关键词】视频采集;OV7670;FPGA;SRAM;VGA【作者】丁昊杰;刘敬彪;盛庆华【作者单位】杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN919-34CMOS与CCD传感器是目前被普遍采用的2种图像传感器。

专利名称：一种基于CMOS图像传感器的楼宇视频采集监控系统
专利类型：实用新型专利
发明人：黄三妹
申请号：CN202020642327.X
申请日：20200425
公开号：CN211860280U
公开日：
20201103
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于CMOS图像传感器的楼宇视频采集监控系统，属于无线网视频监控技术领域，包含远程监控终端、路由器节点，以及多个用于视频采集的视频采集终端，所述视频采集终端通过路由器节点连接远程监控终端，所述视频采集终端包含CMOS图像传感器阵列、多路复用开关、信号处理模块、FPGA模块、HDMI接口芯片控制单元、HDMI接口电路、DDR3‑SDRAM缓存控制单元、数据缓存模块、数据传输模块、时钟模块和电源模块；本实用新型以OminiVision公司的500万像素级别CMOS图像传感器OV5640为前端采集摄像头，利用无线网的远程传输及覆盖，以Xilinx公司Spartan6系列FPGA作为主控芯片，以4 Gbit容量DDR3‑SDRAM作为缓存芯片，实现视频数据的高效缓存；同时以Silion Image公司的SiI9134为HDMI芯片，能有效支持全高清视频。

申请人：黄三妹
地址：510000 广东省广州市天河区东圃大马路66号402房
国籍：CN
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基于影像传感器MT9M111的视频采集系统
CMOS图像采集系统普遍存在图像质量问题，如果没有对图像进行专门的处理，则图像质量难以保障。

近些年来，随着SoC技术的快速发展，在图像采集和处理领域，出现了SoC影像传感器，它集成CMOS传感器和图形处理器功能，可以得到令人非常满意的图像质量。

本文设计的视频采集系统采用了SoC成像芯片MT9M111和USB2.0接口芯片CY7C68013。

系统结构
本系统的原理框图如图1所示。

当图像传感器开始工作后，先将采集到的数据通过FPGA控制逻辑存储到SRAM1中，一帧图像的采集/存储过程结束后，SRAM1进入写结束状态。

此时切换SRAM，SRAM2继续存储采集到的数据，同时，SRAM1处于可读状态，由FPGA里的控制逻辑控制，将SRAM1中的数据传输到USB芯片，然后传输到主机。

本系统采用双SRAM 结构和乒乓机制，两片存储器交替工作，使图像的采集和传输并行进行。

双帧存结构不仅提高了系统的速度，而且，由于在FPGA里实现各种图像处理的算法大都需要比较大的存储空间，所以两个大容量SRAM在实现算法时可以充当外部缓存。

专利名称：一种基于CMOS图像传感器的视频采集装置专利类型：实用新型专利
发明人：张崇文,陈正全
申请号：CN201220010072.0
申请日：20120110
公开号：CN202435526U
公开日：
20120912
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供了一种基于CMOS图像传感器的视频采集装置，包括：摄像机、视频采集解码芯片、图像存储模块、数字信号处理器DSP、复杂可编程逻辑器件CPLD、光电隔离电路、CAN 总线接口电路、供电模块，其特征在于：摄像机与视频采集解码芯片相连，视频采集解码芯片分别与图像存储模块、CPLD相连，DSP分别与CPLD、光电隔离电路相连，CAN总线接口电路与光电隔离电路相连，CAN总线接口电路与外部数据处理服务器相连，供电模块为本装置内的各器件供电。

本实用新型可采集现场的视频图像，并对图像进行锐化处理、动态识别、压缩处理和传输，并发出告警信号。

申请人：武汉英康铁路电气设备工程有限公司
地址：430074 湖北省武汉市东湖新技术开发区华光大道18号
国籍：CN
代理机构：武汉开元知识产权代理有限公司
代理人：唐正玉
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基于FPGA的CMOS传感器高速视频采集系统
侯宏录;王蓉;杜鹃
【期刊名称】《光电技术应用》
【年(卷),期】2010(025)005
【摘要】依据图像采集和传输的方式和方法的不同,提出了一种以CMOS数字图像传感器作为相机光电转换器件的数据采集方法.设计了一种利用FPGA作为核心控制芯片、USB为传输接口、CMOSOV5620为图像采集芯片的高速视频采集系统.介绍了系统的总体设计结构,给出了各个模块的具体硬件设计方法和软件流程,得出了可行性结论.
【总页数】5页(P24-28)
【作者】侯宏录;王蓉;杜鹃
【作者单位】西安工业大学光电工程学院,陕西,西安,710032;西安工业大学光电工程学院,陕西,西安,710032;西安工业大学光电工程学院,陕西,西安,710032
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.3
【相关文献】
1.基于FPGA和CMOS传感器的三维高清实时视频系统 [J], 叶学松;陆玲;蔡秀军;张宏;李赞;程李成
2.基于CMOS传感器和FPGA的图像采集系统设计 [J], 孔德可; 钟升; 匡乃亮; 赵超
3.基于FPGA的多通道视频采集系统设计实现 [J], 隋旭阳;李妍妍;向学辅;田瑞娟
4.基于FPGA的高清HD-SDI视频采集系统设计与实现 [J], 钱宏文;刘会;付强;王毅
5.基于FPGA的高速视频采集系统的设计 [J], 何雯;董威;苟辉
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专利名称：一种基于CMOS图像传感器的图像采集、回放系统专利类型：实用新型专利
发明人：郑德春,鲍吉龙,吴都健,徐才
申请号：CN200720192032.1
申请日：20071107
公开号：CN201118765Y
公开日：
20080917
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型一种基于CMOS图像传感器的图像采集、回放系统，包括相共享连接的CMOS 图像传感器，该CMOS图像传感器输出连接有可编程逻辑器件，可编程逻辑器件内储存有程序化控制的CMOS图像采集片上系统；可编程逻辑器件输出连接有VGA驱动芯片、USB驱动芯片和并口接口；可编程逻辑器件共享连接有总线接口、SDRAM芯片和SRAM芯片；采用CMOS图像传感器与可编程逻辑器件的方法构建的图像采集、回放系统，具有可升级性和可重用性；采用总线桥接模块、总线接口使系统与DSP系统连接；采用VGA协议描述的VGA驱动模块、驱动芯片及接口装置，使系统具有显示功能；采用逐点采样、域值采样算法设计的CMOS图像采集模块，使系统具有逐点、域值采样能力，使系统适应各种不同的采样应用场合。

申请人：宁波工程学院
地址：315010 浙江省宁波市海曙区翠柏路后河巷20号
国籍：CN
代理机构：宁波市天晟知识产权代理有限公司
代理人：张文忠
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基于CMOS的视频采集及边缘检测系统的研究的开
题报告
一、选题背景和研究意义
随着视频技术的不断发展和普及，视频采集及边缘检测系统在许多领域得到了广泛的应用，例如安防、智能交通等领域。

基于CMOS的视频采集及边缘检测系统具有体积小、功耗低、成本低等优势，因此受到了越来越多的关注和研究。

本课题旨在研究基于CMOS的视频采集及边缘检测系统的设计与实现，旨在开发出一种成本低、性能优异、具有实用性和应用前景的视频采集及边缘检测系统。

二、研究内容和研究方法
1. 系统硬件设计：设计具有高性能和稳定性的CMOS图像传感器，设计高速数字信号采集电路，设计实现边缘检测的数字信号处理电路。

2. 系统软件设计：设计适用于该系统的算法，如基于Sobel算子的边缘检测算法，实现图像的预处理、边缘检测和信息输出等功能。

3. 系统集成与优化：将硬件和软件部分进行集成，进行系统性能测试，对系统进行优化，使其达到设计要求。

三、预期成果和意义
本研究预期实现基于CMOS的视频采集及边缘检测系统，该系统具有以下特点：
1. 硬件部分：具有高性能和稳定性的CMOS图像传感器、高速数字信号采集电路、实现边缘检测的数字信号处理电路等，同时具有体积小、功耗低、成本低等优势。

2. 软件部分：适用于该系统的算法，如基于Sobel算子的边缘检测算法，实现图像的预处理、边缘检测和信息输出等功能。

该系统具有实用性、成本低、性能优异等特点，可以满足安防、智能交
通等领域对视频采集及边缘检测系统的需求，具有广泛的应用前景和推
广价值。

基于CMOS图像传感器的嵌入式图像采集处理系统戴骏贤，李凯，陈琦，胡红，王超（电子科技大学机械电子工程学院，四川成都 610054）摘要：针对在工业环境下传统的图像采集和处理设备体积庞大、昂贵价格和灵活性差等问题，提出和完成了一种基于ARM和Linux的图像采集与处理的软件设计与实现。

在系统中应用了CMOS芯片代替传统的CCD来采集图像数据，利用嵌入式设备做为前端数据处理平台，同时亦可通过传输协议传输数据至PC上进行数据处理，达到了降低工业环境下图像采集和处理设备体积和价格的效果。

关键词：CMOS图像传感器；嵌入式linux；TCP/IP协议；数字图像处理；中图分类号：TP368 文献标识编码：AThe software abou timage's acquisition and processing design and implementation based & ARM and LinuxDai Junxian,Li Kai,Chen Qi，Hu Hong，Wang Chao(School of Mechatronics Engineering,University of Electronic Science and Technology of China,chengdu 610054,China)Abstract:Aimed at the large volume, expensive price and poor flexibility of the image acquisition and processing equipment in the traditional industrial environment , we put forward and completed a processing system driver and application program design based on the embedded Linux image acquisition.In the system,the traditiona CCD is instead by the application in the CMOS chip,and the embedded equipment is used as a front-end data processing platform,and also the transmission data to PC data processing can be realised by transferring the protocol.Final this system reach the goal which reduces the equipment volume and price of the image acquisition and processing in the industrial environment.Keywords:CMOS image sensor; Embedded Linux; TCP/IP protocol, Digital image processing;1.引言随着科技日新月异的发展，人们对图像处理平台的需求逐步由PC机平台转移到嵌入式系统平台上。

视频采集原理
视频采集是一种将现实中的图像和声音转换为数字信号的过程，以便能够通过计算机进行处理、存储和传输。

其基本原理可以概括为以下几个步骤：
1. 光学采集：视频采集设备通常配有一个图像传感器，如
CCD（电荷耦合器件）或CMOS（互补金属氧化物半导体），用于通过光学透镜系统捕捉来自现实世界的光。

传感器将光转换为电信号。

2. 电信号转换：传感器输出的电信号需要经过模拟到数字转换（ADC）的过程，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

这个过程将电信号的强度、频率等信息转化为数字形式，以便计算机能够对其进行处理。

3. 数据处理：经过ADC转换后，图像和声音的数字信号将被
送入计算机，由主机（如个人电脑）进行处理。

计算机通过分析和处理这些数字信号，可以对图像进行调整、编辑和增强，也可以对声音进行增加、剪辑和混音等。

4. 存储和传输：处理后的数字信号可以被压缩和编码，以减小文件大小和提高传输效率。

压缩和编码后的信号可以被保存到计算机的硬盘或其他存储设备中，并可通过互联网或其他方式进行传输。

通过视频采集，我们可以将真实的视听信息转化为数字信号，使得我们能够在计算机上对其进行处理、编辑和分享。

无论是
进行视频会议、录制电影、制作教育视频还是进行远程监控等应用，视频采集技术都起到了至关重要的作用。

2012届毕业生毕业设计说明书题目: 基于CMOS图像传感器的数据采集方案设计年月日目次1 概述 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 研究目的和意义 (1)1.3 CMOS图像传感器国内外研究现状 (2)1.4 主要研究内容 (3)2 方案论证 (3)2.1 CMOS与CCD比较 (3)2.2 CMOS图像传感器工作原理 (5)2.3图像处理芯片选择 (7)2.4 FPGA工作原理 (7)2.5 总线介绍 (8)2.6 系统总体方案设计 (9)3 图像采集系统硬件设计 (11)3.1 图像传感器外围电路设计 (12)3.2 FPGA与图像传感器连接设计 (14)3.3 数据传输电路设计 (15)3.4采集图像缓存电路 (16)3.5 电源电路设计 (16)3.6 系统稳定性设计 (17)4 系统采集方案软件设计 (18)4.1 CMOS图像传感器数据采集流程图 (19)4.2 SCCB总线接口设计 (20)4.3 FPGA程序流程设计 (20)5 总结 (22)参考文献 (24)1 概述1.1 选题背景现代社会人们对于图像的获取的要求越来越高，不仅在日常生活中存在着视频图像的应用，在现代工业生产中图像的采集程度直接影响到整个工业的自动化水平和生产效益。

因此图像传感器获得很好的应用市场和发展机会，在应用中不断得到创新。

因此图像传感器的种类繁多，能适用于不同的场合。

在图像获取与运用中，图像传感器占据着重要的位置，因此越来越多的专家学者致力于图像处理的分析研究，并且取得了非常成功的效果。

在很长一段时间中，由于技术的限制，CCD一直垄断着图像传感器市场，使得成像技术的单一化。

近年来随着CMOS的不断完善，其独特的性能优势逐渐体现出来。

并且在研究领域得到了发展，很多技术得到了攻克。

例如抑制噪声干扰、提高分辨率等方面取得了很大突破，在市场上得到了很迅速的应用，被广泛的应用到各种图像采集系统中。

本科阶段对CMOS的研究无疑会对今后的工作产生巨大的促进作用，但是CMOS图像采集技术一直被国外垄断，国内发展并不成熟。

基于高分辨率CMOS传感器图像采集系统的实现随着CMOS技术的发展，原来CMOS图像传感器比CCD噪声大的特点得到大大改善，并且以其成本低、功耗低、单一工作电压、集成AD转换器、数字形式数据输出、图像大小可编程控制等优点，在摄像头、微型数码照相机、扫描仪、手机、可视电话、视频会议等众多领域应用。

但要将CMOS的图像采集到DSP芯片中的硬件设计成本较高，实现难度较大。

现阶段，比较多的方案是采用带视频控制器的DSP芯片，如TI 6000系列中带有3个VPO接口的TMS320DM642和ADI公司带PPI接口的Blackfin处理器。

很多低价通用的DSP如TI55x系列和67x系列的DSP，与CMOS图像传感器都没有直接接口，需要设计硬件电路。

本文便是针对这种低价通用的DSP，提出的一种低成本的采集方案。

1 系统设计由于大部分DSP都有与SDRAM、Flash、SRAM、FIFO等存储器接口的EMIF接口，而没有直接与CMOS/CCD固体图像传感器接口的控制器。

所以采用CPLD作为图像传感器到FIFO以及FIFO到DSP的一个时序协调控制器。

同时由于图像传感器的像素时钟PI XCLK很高，最高可以达到48MHz,固体图像传感器的图像数据量大，而FIFO的容量有限，一般都是几K、几十K字节，对于高像素的图像来说，FIFO只能充当线缓冲的作用，要作为帧缓冲，除非系统对速度要求很高，否则成本太高。

由于采集到DSP中的图像数据量很大，靠写文件的方式来验证采集的数据非常慢，所以本系统采用GPIO设计了一个SD卡的控制器，通过写BMP文件，对采集的图像进行验证。

系统设计框图如图1所示。

本系统设计的关键在于DSP采用何种方式去读取FIFO中的图像数据。

很多方案中都是启动EDMA读取FIFO中的图像数据，当FIFO半满时中断DSP启动EDMA读取数据，这样对FIFO读时钟的频率要求很高，需要读时钟为写时钟的2倍。

但这种方案存在问题，即FIFO时钟的选择问题。