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由于CMOS器件有非常高的輸入阻抗、非常低的靜態(tài)功耗、電源電壓范圍寬、驅(qū)動與抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又便于集成，所以目前大力研發(fā)CMOS作為圖像傳感器，這種用CMOS-APS圖像傳感器為核心的CMOS攝像機(jī)，實(shí)際是將攝像機(jī)的所有功能電路集成在一個(gè)芯片上的單芯片攝像機(jī)。下面以美國Omni Vision公司的OV7910（彩色）和OV7410/0V7411（黑/白）單芯片1/3in的CMOS視頻攝像器件為例，介紹單芯片視頻攝像機(jī)的封裝引腳排列、結(jié)構(gòu)原理、光譜特性與視頻時(shí)序等。

一、單芯片1/3in CMOS攝像機(jī)的引腳排列

美國Omni Vision公司的OV7910（彩色）和OV7410/0V7411（黑/白）是單芯片CMOS視頻攝像器件，它在這單個(gè)芯片上高度集成了彩色/黑白模擬攝像機(jī)的全部功能，因此是1/3in單芯片視頻。每個(gè)單芯片都可以輸出PAL/NTSC全電視信號和S視頻，彩色OV7910還可以輸出RGB和YUV分量視頻信號。每個(gè)單芯片也都可以直接連接電視機(jī)、視頻監(jiān)視器和其他75 Ω終端輸入的視頻設(shè)備。彩色OV7910與黑白OV7410或OV7411視頻攝像機(jī)是低功耗設(shè)計(jì)，它們僅需要單5V直流供電，所以非常適于小體積、低電壓、低功耗、低成本的彩色/黑白攝像機(jī)的應(yīng)用。

OV7910/OV7410/OV7411的封裝（有陶瓷LCC48與塑料LCC48）引腳如圖1所示，其引腳功能說明可參見產(chǎn)品說明書。

圖1 單芯片1/3in的CMOS攝像機(jī)引腳

這三種CMOS攝像器件所作CMOS攝像機(jī)的主要參數(shù)如下。

•成像像素：PAL為628x582，NTSC為5103x492。

•感光面尺寸：PAL為5.78x4.19mnF，NTSC為4.69*3.54mm2

•最低照度（3000K）：OV7910＜31x/F1.2，OV7410＜0.5lx/F1.2，OV741＜0.2lx/F1.2。

•自動電子快門：1/60~/15000。

•固定圖案噪聲：<0.03%峰-峰值。

•信噪比（S/N）：>48dB。

•動態(tài)范圍：>72dB。

•暗電流：<0.2nA/cm2。

•電源電壓：DC5V，±5%。

•額定功耗：200mW。

二、單芯片1/3in的CMOS攝像機(jī)結(jié)構(gòu)原理

單芯片1/3in的CMOS攝像機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 單芯片1/3in的CMOS攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

其中，圖像傳感器為彩色OV7910或黑白OV7410/OV7411，它們支持多種視頻格式，包括全電視信號（CVBS）、S-視頻信號（YO/CO）、RGB分量信號、YUV分量信號和黑白信號。而全電視信號和S-視頻信號由芯片內(nèi)電視編碼器產(chǎn)生，RGB/YUV/黑白輸出，由進(jìn)入編碼器之前的彩色矩陣產(chǎn)生。圖像傳感器通過彩色矩陣，按照RG/BG Bayer圖案送出原始像素?cái)?shù)據(jù)，產(chǎn)生RGB和YUV分量的電視信號。同時(shí)，YUV信號經(jīng)處理產(chǎn)生全電視信號和S-視頻信號。需提出注意的是，其中有關(guān)彩色格式設(shè)置只對OV7910有效。

攝像機(jī)中的圖像傳感器、增益控制、模擬信號處理器控制等都由時(shí)鐘/定時(shí)發(fā)生器及其控制邏輯驅(qū)動控制。CMOS圖像傳感器的輸岀信號經(jīng)放大器放大，而進(jìn)入模擬信號處理器處理后輸出。這種CMOS攝像機(jī)還有自動增益控制AGC、AGC增益范圍、自動曝光控制AEC、伽瑪校正和背光控制等。此外，其他可編程功能還包括亮度微調(diào)、鮮明度調(diào)整、色飽和度調(diào)整、鏡像圖像控制和低功耗待機(jī)模式。上述這些功能都可以通過CMOS圖像傳感器的外部引腳或SCCB接口來設(shè)置。這個(gè)SCCB總線接口，是一個(gè)高速串行接口，它通過控制寄存器單元進(jìn)行編程控制。SCCB支持多字節(jié)讀/寫操作，在多字節(jié)讀/寫周期中，在第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)完成后，子地址自動遞增，使得連續(xù)位置的存取，可以在一個(gè)總線周期內(nèi)完成。

三、單芯片CMOS攝像機(jī)的光譜響應(yīng)與視頻時(shí)序

OV7910/OV7410/OV7411單芯片CMOS攝像機(jī)的光譜響應(yīng)曲線如圖3所示。

圖3 光譜響應(yīng)曲線

單芯片1/3in的CMOS攝像機(jī)的視頻時(shí)序如圖4所示，圖4(a)為水平時(shí)序，圖4(b)為垂直時(shí)序。

圖4 單芯片1/3in的CMOS攝像機(jī)視頻時(shí)序

OV7910/OV7410/OV7411三種單芯片視頻攝像機(jī)是低功耗設(shè)計(jì)，僅需要單DC5V供電，因此體積小、電壓低、功耗低、成本低，已廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控中。

美國Omni Vision技術(shù)有限公司還有像素1280x1024的OV9620(彩色)與OV9120(黑白)等圖像傳感器，它們是輸出數(shù)字圖像信號的供電電壓為3.3V的CMOS攝像器件，現(xiàn)已用于數(shù)碼相機(jī)等影像設(shè)備中。