基于EZ-USB FX2的CMOS数字图像传感器摄像头性能检测系统

基于EZ-USB FX2的CMOS数字图像传感器摄像头性能检测系统 基于EZ-USB FX2的CMOS数字图像传感 器摄像头性能检测系统 2OO7正 第12期 仪表技术与传感器 InstrumentTechniqueandSensor 20cr7 No.12 基于EZ—USBFX2的CMOS数字图像传感器摄像头性能检测系统 徐大诚,李培光,张圣祥 (1.苏州大学应用技术学院,江苏苏州215006;2.昆山钜亮光电科技有限公司,江苏苏州215325) 摘要:用EZ—USBFX2接口控制器,建立CMOS数字图像传感器与Pc机之间的UsB2.0数字视频信号传输通道.实现 从摄像头到Pc的高速传输;利用流媒体开发包DirectShow,实现视频的捕捉与显示;再利用VisualC++软件编程对Pc端 采集到的图像进行分析,详细讨-~-j-程序设计过程.从而构成视频流实时采集与显示,图像MTF,亮度,疵点等参数的检 测与分析系统. 关键词:EZ—USBFX2;CMOS图像传感器;图像;性能检测 中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1002—1841(2OO7)12—0032—02 Qn~!ityDetectingSystemofCMOSOigitalImage SensorCameraBased011EZ—USB XUDa-cheng,LIPei—guang,ZItANGSheng-xiangz (1.AppliedTechnicalSchoolofS4XldlOWUniversity,Suzlaou215006,China; 2.CamtechOptronics(Kunshan)Co.,Ltd.,Suzlaou215325,Chilm) Abstract:Thehispeedtransferringvideosignalfrom(3a//lel'atoPCWO.Sachieved,withEZ —USBFX2andCPLDchips鹊video signaJtransferchannelbetweenCMOSimagesensorandPC.UsingDirectShow,thevideosi gnalcouldbegrabbedanddisplayed.The qualityoftheimagethatcapturedfrom(38/nerainpersonalcomputerwo.sgivenbyVC++pro ~nming,such鹊MTF,shading,particle andSOon.ThepIoalmningtechnologyWO.Salsodiscussed. Keys:EZ—USBFX2;CMOSimagesensor;image;qualitydetection 0引言 现在,低功耗,电路简单,连接和编程方便的CMOS数字图 像传感器(OPS)摄像头成为市场主流…,国内还未见有关CMOS 数字图像传感器摄像头性能测试系统的报道. 1系统组成 测试系统由硬件和软件组成.硬件部分由测试平台, UsB2.0接口板和Pc机3部分组成;软件部分由在线下载(烧 入),动态检测设备,视频捕捉,动态抓取,图像分析,界面控制 等模块组成.测试系统框图如图1所示. CMOS传感器卜_叫USB2.0接口板I—叫Pc机图像分析卜_测试结果 图1系统框图 图1中的CMOS传感器是被测传感器的测试平台.它与接 口板连接的信号线包括8根图像输出数据线,1根行同步信号 线HSYNC,1根场同步信号线VSYNC,1根像素时钟信号PcLK 等.最高输入主频是54NItz.对其所有的控制均通过i2c总线 完成.该测试平台可测试封装相同的各公司产品.传感器型 号的识别与控制通过下载程序设置. USB2.0接口板采用EZ—USBFX2芯片,该芯片把USB2.0 收发器,串行接口引擎sIE(SerialInterfaceEngine),增强的8051 内核,i2C总线接口以及通用可编程接口GPIF(GeneralPro— tgammableInterface)集成于一体I2J.系统采用EZ—USBFX2系 基金项目:江苏省高校自然基金资助项目(Q2116611) 收稿日期:2OO7—02—24收修改稿日期:2OO7一o8—11 列中的CY7C68013,其UsB2.0传输最高速度可达480MB/s.尤 其是它提供的可编程控制器GPIF和USBend一n协共用一个 FIFO缓冲区,使实际通信过程不需要CPU的直接干预,且每个 缓冲区提供多缓冲机制以匹配双方的速度差异,从而大大提高 了主机和外设的数据交换速度.实现了低成本,高速,高质量 的CMOS图像采集系统. 当CMOS摄像头开始工作后,CY7C68013把采集到的数字 图像信号送到FIFO存储器.再从USB收发器经USB总线送入 PC主机.系统利用帧信号作为主机和设备端图像数据传输的 同步信号,当USB控制器检测到帧信号(表示一帧图像的开始) 时,就向主机发送1个数据包,当主机接收到这个数据包并校 验读到的数据正确时,主机端的客户应用程序就用一个单独的 线程,通过调用USB驱动程序从USB总线读取图像数据,当接 收到完整的1帧图像数据后,交给负责显示和处理的线程,对 这一帧图像显示和相应的处理. Pc主机部分完成图像数据的采集和处理.通过人机界面 的操作,PC首先完成对被测CMOS传感器的型号识别,进而实 现图像数据采集和参数测试,最后给出该摄像头的质量评判. 2软件设计 2.1固件程序设计 设备固件是系统正常运行的核心.其主要功能是控制 CY7C68013接收并处理USB驱动程序的请求,控制芯片 CY7C68013接收应用程序的控制指令,通过CY7C68013缓存数 据并实时上传到计算机等. 考虑到视频图像信号传输的特点和CY7C68013芯片的内 第12期徐大诚等:基于EZ—USBFX2的CMOS数字图像传感器摄像头性能检测 系统33 部结构,配置CY7C68013工作的接口模式为可编程接口模式 (GPIF).考虑到视频信号要求快速持续地大量传输,采用了 GPIF模式下的兀F0Read方式,并采用自动打包的方式(Au. TOIN=1),直接从FIFO到SIE,这样有利于提高传输速率.其主 要实现代码如下: VoidTD—Init(void)//该函数用来完成Ez—USBFX2的初始化 CPUCS=0xl0;//setCPUCSregister EZUSB—InitI2C();//InitializeI2CBus SYNCDELAY; IFCONFIG=0xE2;//内部时钟,48M|{z,同步,GPIFinterface SYNCDELAY; EF2CFG=0Xaa;//EP21024BULKOUT SYNCDELAY; EP6CFG=0xEA://EP61024BULKIN 2.2设备驱动程序设计 在Windows平台下,USB驱动程序由3部分组成:USB设备 驱动程序,USB总线驱动程序和USB主控制器驱动程序,它们 必须遵循WIN32驱动程序模型(WDM).其中,Windows操作系 统已经提供了处于驱动程序栈底的USB总线驱动程序和USB 主控制器驱动程序.开发USB设备驱动,可采用DriverWorks 和2000DDK,并用VC++6.0作为辅助开发环境.DriverWorks 提供的驱动向导,可根据用户的需要,自动生成代码框架,减少 了开发难度,缩短了开发周期.在EZ—USBFX2开发包中,有 通用的驱动程序,该程序可不加修改经DDK编译后直接使用. 设计中采用的就是这个通用驱动程序(GPD). 2.3主机应用程序设计 主机应用程序设计主要实现视频的捕捉显示与图像分析 . 功能.应用程序流程如图2所示 图2应用程序流程图 视频捕捉显示模块使用DirectShow[3]编写.软件界面在vi. sumStudio6.0的可视化IDE环境中开发. 2.4图像分析算法 2.4.1镜头MTF的计算 MTF综合反映镜头的反差和分辨率特性,它体现了镜头对 所摄物体对比度的再现能力.设正弦光栅的最大亮度为,一, 最小亮度为,,,则M定义为 M- 等 对于原来调为的正弦光栅,如果经过镜头到达像 平面的像的调制度为,则MTF函数值为 脚= MTF值和正弦光栅的条纹密度紧密相关,当密度达到一定 程度时,镜头的分辨能力达到极限,MTF值趋近于零.应用程 序中对MTF测试的具体过程是:首先在图像数据中取5块测试 区域(四角区域和中心区域),将每个区域中的I(亮度信号)与 亮度值进行比较,大于标准值的,定为,一,小于的就定为 ,,计算出每块区域的平均,一和,,求出平均后,再利用以 上公式计算出与标准图谱的比较,即可计算出该镜头的 1?rrF. 2.4.2Shading参数的计算 Shading的测量反映成像亮度的均匀性.应用程序对抓取 的1帧图像取5块区域(四角区域和中心区域),分别计算每块 区域的l,(亮度信号)的平均值,将四角区域的计算结果分别与 中心亮度进行比较,并把比较结果反映在的图像分析界面上, 用于评判CMOS传感器的感光均匀性. 2.4.3Particle的检测算法 为了判断镜头或CMOS传感器系统有无尘埃或光敏源失效, 摄像头成像性能检测时必须有图像暗点(疵点)检测功能.应用 程序首先从视频流中截取1帧白色背景的图像数据.为了完成 对暗点的检出,首先采用区间生成法对图像进行分割,根据设定 灰度的阈值,把图像按照灰度等级分为2个区域:0区和1区;然 后合并相邻的1区像素,直到不能合并为止,这样图像就被分为 多个小的彼此分开的点域,这些点域就是暗点的雏形,这些 点的大小,灰度等级,再根据分割图像区域特性_3j,暗点的边缘 即可检出.如果暗点的尺寸大于设定的标准值,应将该点计为 一 个疵点,并把疵点在应用程序显示的图像中圈出来. 3结束语 对于CMOS数字图像传感器摄像头性能检测系统而言,采 用CY7C68013芯片构建USB2.0接口,能高速,简单和低成本地 实现视频信号向PC的传送;利用DireetShow软件可以方便地实 现视频信号的捕捉与显示;通过VisualStudio6.0可视化1DE环 境下的程序设计可方便直观地对成像质量进行分析.该系统 与国外同类产品相比具有较高的性价比. 参考文献: [1]潘银松,袁祥辉.CMOS数字图像传感器研究进展.重庆大学 (自然科学版),2005,28(9):16—19. [2]苏建坡,马海涛.基于USB2.0及GPIF的CMOS图像传感器视频实 时采集系统.仪表技术与传感器,2006(9):35—37. 13JGONZAlEZRC,WOODSRE.Ditalimageprocessing.NewJersey: PearsonEducation,Inc.,publishingasPrenticeHall,2002. 作者简介:徐大诚(1963一),教授,主要研究方向为信息获取与处理技 术.E—mail:xudacheng@pub.sz.jsinfo.net