130万像素CMOS数码相机的设计与制作

摘要：本文介绍了一种130万像素CMOS数码相机的设计原理、基本组成及规格特点，并已有具体实践的结果和产品应用。
关键词：数码照相机, DSC, 光电传感器, CCD/CMOS Sensor, 数字图像处理, DSP
一、概述
数码照相机简称数码相机，英文名“Digital Still Camera”，是一种利用光电传感器(CCD/CMOS SENSOR)把图像(Image)转换成电子数据(Electronic Data)的照相机。数码相机，是现代通信、计算机产业、照相机产业高速发展的产物。随着电信、计算机的普及和家庭化，数码相机作为计算机的图像输入设备，不仅能采集静止图像，而且能采集视频图像和音频信号，便于计算机存储和处理，容易实现网络传输，其应用领域日益广泛。
数码相机是以电子存储设备作为摄像记录载体，通过光学镜头在光圈和快门的控制下，实现在电子存储设备上的曝光，完成被摄影像的记录。数码相机是由LENS(镜头)、CCD/CMOS(光电传感器)、A/DC(模/数转换器)、DSP(数字信号处理器)、BUILT-IN MEMORY(内置存储器)、LCD(液晶显示器)、SD CARD(可移动存储器)和USB INTERFACE(计算机接口)等部分组成的。

图1. CMOS的数码相机的结构框图
数码相机中只有镜头的作用与光学相机相同，它将光线会聚到感光器件CCD/CMOS上。CCD/CMOS是半导体器件，它代替了光学相机中胶卷的位置，它的功能是把光信号转变为电信号。这样，我们就得到了对应于拍摄
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景物的电子图像，但是它还不能马上被送去计算机处理，还需要按照计算机的要求进行从模拟信号到数字信号的转换，ADC器件用来执行这项工作。接下来DSP对数字信号进行处理压缩并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式。最后，图像文件被存储在内置存储器或可移动存储器中。然后通过LCD(液晶显示器)查看拍摄到的照片。大部分数码相机提供了连接到计算机和电视机的USB/TV接口。
130万像素CMOS数码相机由感光元件(CCD/CMOS)、模数转换(ADC)、信号处理(DSP)、JPEG 编码压缩器、存储器、LCD显示屏、连接端口、电源等重要元件以及附带的驱动软件所组成。具体可分为CCD/CMOS控制，AE/AF/AWB(测光/对焦/自动白平衡)，数字信号处理，JPEG压缩，存储卡控制和LCD屏幕显示等6个关键电路。如上图1 所示，是130万像素CMOS数码相机的结构框图。

二、130万像素数码相机的设计
我们设计的130万像素CMOS数码相机系统结构包括硬件和软件两大部分。硬件结构包括外壳、镜头、CMOS图像传感器、A/D模数转换器、影像存储器、显示器和电源电路等部件。软件在DSP中实现图像压缩功能，把拍摄下来的影像以高质量、高速度、高容量存储在数码相机存储器和移动式PCMCIA卡中。主芯片是一块DSP(台湾Sunplus的SPCA533A)和一个CMOS Sensor(美国OmniVision的OV9620)。130万像素CMOS数码相机的电路框图如图2所示。