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ET21X110A影像傳感器的原理與應用[錄入:tai-yan|

時間:2007-07-2019:10:35|作者:|來源:采集所得|瀏覽:4次]廣告位招商QQ：407968286上海電子元器件專業(yè)供應商：電話話q:394985214聯(lián)系人：顧先生/譚小姐廣告位招商QQ：407968286

摘要：介紹臺灣義統(tǒng)（Etoms）電子有限公司設計生產(chǎn)的CMOS影像傳感器ET21X110A芯片的特點、結構、原理以及應用。

關鍵詞：CMOS影像傳感器ET21X110A等效亮點由臺灣義統(tǒng)電子有限公司設計的ET21X110A是一款內含CMOS影響傳感陣列、信號處理電路和8位微控制器的集成傳感芯片；具有集成度高、價格低、功耗低和體積小的優(yōu)點；可廣泛應用于各種低分辨率圖像信號采集、移動目標偵查和字圖辨認等應用系統(tǒng)中。

圖1

1ET21X110A影像傳感器的工作模式ET21X110A影像傳感器有兩種工作模式：行掃描成像輸出模式（ROWData）和等效亮點輸出模式（XYCoordinate）。改變芯片引腳的連接可以選擇共工作模式。1．1行掃描成像模式傳感器輸出低分辨率圖像信號，最高灰度為64級，1幀圖像掃描時間為3.5～4ms(外接3.58MHz晶振)。傳感器以幀為單位，按從右到左、從上到下的次序不斷輸出每個感光元的灰度信號。通過改變芯片外部有關引腳的連接方式可以選擇：*圖像像素——32×3232、24×24、20×20、16×16；

*感光時間——15～255個感光時間單元；*影像信號輸出方式——并行輸出、串行輸出（RS232標準）；*背景消噪——可以抵消CMOS器件本身的噪聲對成像的影響。1．2等效亮點輸出模式傳感器按一定的算法對采集到的1幀圖像信號全部進行計算。計算結果是得到一組可以表征該幀圖像特征的數(shù)據(jù)（稱為等效亮點）。傳感器輸出該點的數(shù)據(jù)，即等效亮點的坐標（X、Y）和亮度（Z）。通過改變芯片外部有關引腳的連接方式可以選擇：*圖像像素——32×32、16×16；*等效亮點信號輸出方式——串行輸出（RS232標準）；*背景消噪——可以抵消CMOS器件本身的噪聲對測量的影響。

2結構和原理2.1結構ET21X110A芯片采用32引腳的PLCC封裝，外形如圖1（a）所示。使用芯片時，須將微型光學鏡頭安插在芯片頂部的矩形凹槽中。ET21X110A芯片由CMOS傳感陣列、模擬信號放大與處理模塊、A/D轉換模塊、狀態(tài)控制模塊和算法模塊五部分構成，如圖2所示。CMOS傳感陣列感光后，每個感光單元中的CMOS晶體管會發(fā)生電荷變化，形成一個模擬電壓。該模擬電壓經(jīng)過放大以后，由A/D轉換模塊轉換成數(shù)字信號。芯片內置的微控制器按照外接引腳電平的選擇，確定芯片的工作模式、參數(shù)設置、輸出方式、系統(tǒng)復位、圖像信號處理、算法處理以及RS232串行協(xié)議處理等。芯片主要引腳的功能說明如表1所列。

表1ET21X110A主要引腳的功能說明名

稱功

能類

型EO（7：4）感光時間選擇輸入M1，M0圖像像素選擇輸入RESET系統(tǒng)復位輸入BS工作模式選擇輸入BG背景消噪功能選擇輸入XLT_IN系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)LED_EN二次感光源LED控制輸出FS幀指示信號系統(tǒng)STRA/D轉換指示信號系統(tǒng)D(7:2)并行輸出數(shù)據(jù)信號輸出RS232串行輸出數(shù)據(jù)信號輸出2．2模式選擇與設置模式選擇與設置如表2、3、4所列。

表2工作模式和數(shù)據(jù)輸出方式選擇BS工作模式數(shù)據(jù)輸出方式BS=0行掃描成像模式同時有串行（RS232）、并行BS=1等效亮點模式只有串行（RS232）表3圖像像素選擇圖像像素M1,M0行成像模式等效亮點模式32×32M1=0，M0=0M1=024×24M1=0，M0=120×20M1=1，M0=116×16M1=1，M0=1M1=1表4感光時間選擇EO7～EO4感光時間1111255個感光單元1000143個感光單元000131個感光單元000015個感光單元當背景消噪的選擇是：當BG=0時，要背景消噪；當BG=1時，不要背景消噪。

圖4

2．3行數(shù)據(jù)ET21X110A以幀為單位輸出影像數(shù)據(jù)，又稱行數(shù)據(jù)。行數(shù)據(jù)表示每個像素的灰度值，數(shù)值范圍為0～63。每一幀圖像由33×32個像素數(shù)據(jù)組成，如圖3所示。在每一幀圖像的行開始處都添加了一個啞元（dummy）像素。啞元像素不是真實的感光元，所以每幀圖像實際有效像數(shù)據(jù)為32×32個。2．4影像傳感器工作時序ET21X110A影像傳感器的工作時序如圖4所示。圖中時序源是時鐘信號SCLK，經(jīng)芯片內置電路分頻后產(chǎn)生有確定對應關系的幀指示信號FS和模數(shù)轉換指示信號STR。由芯片內置電路產(chǎn)生的信號還有模數(shù)轉換開始信號ADSTART和模數(shù)轉換結束信號ADEND。當FS為低電平時，影像傳感器處于感光期；當FS為高電平時，感光期結束，進入采樣和模數(shù)轉換期。當STR由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，采樣開始；當STR由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，采樣結束，模數(shù)轉換開始。整個模數(shù)轉換過程需要10個時鐘周期。當ADSTART變?yōu)楦唠娖胶?0個SCLK周期，會產(chǎn)生一個ADEND信號，表明模數(shù)轉換已結束。這時數(shù)據(jù)通過D2～D7輸出。

2.5圖像輸出方式芯片工作時，同時有并行和串行輸出。選擇并行輸出時，傳感器從引腳D2～D7輸出行數(shù)據(jù)。用戶在接收并行數(shù)據(jù)時需要注意兩個問題：一是要通過幀指示信號FS確認系統(tǒng)不是工作在感光期，以保證數(shù)據(jù)的有效性；二是要通過模數(shù)轉換結束信號ADEND，找出行數(shù)據(jù)的起始單元。如果這兩個問題都已解決，那么通過引腳D2～D7連續(xù)接收32×32個數(shù)據(jù)（選擇最大像素時），用這些數(shù)據(jù)就可以構成1幀32×32個像素、具有64級灰度的圖像了。選擇串行輸出時，傳感器從引腳RS232輸出串行數(shù)據(jù)，傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿?15.2kbps。串行數(shù)據(jù)的第一、二個信號為幀同步信號。芯片首先發(fā)送FFH和00H，然后再發(fā)送其余的數(shù)據(jù)，用戶可以通過這兩個信號找出行數(shù)據(jù)的起始單元。串行數(shù)據(jù)的構成如圖5所示，其中每個字節(jié)包含兩個像素的灰度數(shù)據(jù)，所以發(fā)送1幀圖像只需要512個數(shù)據(jù)就夠了，按照RS232協(xié)議，每一個串行字節(jié)包含1個起始位，8位數(shù)據(jù)位和2個停止位。串行輸出的數(shù)據(jù)只能構成32×32個像素或16×16個像素，具有16級灰度的圖像。

圖6

2．6等效亮點輸出當芯片工作于等效亮點輸出模式時輸出的是等效亮點的坐標（X、Y）和等效亮度（Z）。當成像目標移動時，等效亮點的坐標也會跟著變化。由于等效亮度與成像目標的距離有一定的對應關系，Z可以用來表征鏡頭到成像目標的距離，所以，這一模式可用于測距和移動偵查。等效亮點輸出只有串行方式，傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿?9.2kbps，其RS232串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式如圖6所示。每一次連續(xù)輸出3個字節(jié)。每個字節(jié)的低5位為數(shù)據(jù)，高3位為標志位。當高3位為（0，0，1）時，表示X；當高3位為（0，0，0）時，表示Y；當高3位為（0，1，0）時，表示Z。2．7背景消噪功能對影像目標進行二次感光，其中有一次是添加紅外光時的感光，將二次感光所得到的圖像信號相減，可以抵消CMOS器件本身的噪聲。無論對成像或是等效亮點模式都可以通過改變引腳選擇使用。當需要二次感光時，芯片輸出引腳LED_EN輸出低電平，可使用該信號去控制點亮紅外LED二極管的驅動電路，傳感器芯片會自動對二次感光的信號進行處理，達到消除背景噪聲的目的。

圖7

3應用實例3.1字圖閱讀器字圖閱讀器用于近距離閱讀字符或圖像，通過RS232串行接口可直接將所得到的低分辨率圖像送到計算機中成像和處理。字圖閱讀器的電路原理如圖7所示。電路由兩塊芯片組成：主芯片為ET21X110A，引腳設置如表5所示；另一塊芯片為MAX232A，用于將主芯片的輸出信號轉換成標準的RS232電平，以保證串行通信的正常進行。

表5字圖閱讀器主芯片的引腳設置引

腳值說

明BS1行掃描成像模式M1，M00032×32BG1無背景消噪EO7～EO41111感光255單位注意電路中必須使用3.58MHz的外接晶振，才能保證系統(tǒng)串行通信的波特率為115.2kbps。此外，由于光線過亮時才會引起CMOS感光元飽和，光線過暗又會引起感光不足，所以在閱讀字圖時要滿足適當?shù)墓庹諚l件。當芯片電源接通以后，在PC機端就可以接收到芯片傳送過來的圖像數(shù)據(jù)。使用VB編程時，一種較簡單的方法就是用VB中的MSCOMM控件。在設計程序時要注意，控件的屬性設置一定要與串行通信傳輸速率、數(shù)據(jù)位、停止位的格式相匹配。由于每一幀圖像數(shù)據(jù)傳輸前，芯片都會先發(fā)送兩個字節(jié)的幀同步信號FFH和00H，因此可以用這一特點來檢測1幀圖像的起始點。

3．2視覺跟蹤演示視覺跟蹤用于目標跟蹤演示。當目標物體移動時，在PC機屏幕上會有相應的反映。為形象生動起見，用一對模擬的眼球表示這種相應關系。演示時鏡頭對準人的手掌，當手掌移動時，眼球中的黑點會跟蹤移動，就像人眼跟蹤移動物體一樣。視覺跟蹤演示的電路原理圖與字圖閱讀器的電原理圖大致相似，只有部分引腳設置不同，如表6所列。

表6視覺跟蹤演示主芯片的引腳設置引

腳值說

明BS0等效亮點模式M1032×32BG1無背景消噪EO7～EO41111感光255單位在PC機端設計程序時，同樣可以用VB中的MSCOMM控件來接收數(shù)據(jù)。由于芯片在等效亮點模式下工作，要注意控件的屬性設置與字圖閱讀器中的有所區(qū)別，主要是傳輸?shù)牟ㄌ芈什煌?。另外，?shù)據(jù)格式也不一樣。視覺跟蹤演示只需要用到X坐標和Y坐標即可。當人的手掌在鏡頭前移動時，眼球中