基于CMOS图像传感器的视频采集系统设计

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

　　目前CMOS图像传感器主要分为无源象素传感器（PPS）和有源象素传感器（APS）[2]。PPS结构简单，量子效率高，但是缺点是噪声大，并且不利于向大型阵列发展；APS在象素中加入了至少一个晶体管来实现对信号的放大和缓冲，改善了PPS的噪声问题，但恶化了阈值和增益的一致性，也减小了填充系数。

　　CMOS图像传感器像元结构主要有光敏二极管型无源像素结构、光敏二极管型有源像素结构(见图1)和光栅型有源像素结构，其它特殊结构还有对数传输型、钉扎光敏二极管型、浮栅放大器型等。

　　图1  光敏二极管型有源像素结构图

　　一个典型的CMOS图像传感器通常包含：一个图像传感器核心，相应的时序逻辑和控制电路、AD转换器、存储器、定时脉冲发生器和译码器等 [3] 。

　　定时控制电路用来设置传感器的工作模式，产生工作时序，控制数据的输出等。像素采集到的信号在芯片内部就经过了放大、AD转换、存储等处理，最后可输出需要的数字信号，也可以输出模拟信号，这给用户在设计时提供了较大的灵活性[4]。

　　二．CMOS图象视频采集系统工作原理。

　　本视频采集系统整体上按照功能可以分为三个部分：CMOS成像部分、CPLD时序控制部分、USB传输部分。

　　整个图像采集系统的工作原理如下：通过CPLD发送正确时序信号给CMOS图像传感器，驱动其正常工作，采取合适的快门方式，并将采集到的图像数据进行打包处理，输出给USB传输芯片， USB传输芯片再将图像数据传入主机，并通过上层应用程序得到采集到的图像。