基于FPGA的摄像机传感器接口实现

如今有几个着名的图像传感器制造商，它们是Aptina、OmniVision Technologies、索尼、三星、松下、东芝和Altasens。

　　如前所述，传感器制造商配置了一系列接口，用于将离开其芯片的图像信号传至下游逻辑进行处理。非常普遍的是，同一传感器制造商根据需要从芯片中提取的数据量使用不同的接口。例如，具有兆像素分辨率的现代传感器需要在给定的周期时间传出比仅具有VGA级分辨率的传感器多得多的数据。像高动态范围（HDR）这样的要求还增加了数据量，需要从每个图像帧的图像传感器读取数据，而为支持平滑、低延迟高品质的视频，需要在给定的时间内从传感器芯片提取帧数，这也影响了传感器接口的选择。

　　图像传感器接口的演进

　　到目前为止，所有传感器都可连接到并行LVCMOS接口，如图2所示。传感器分辨率和帧速率已经提高到一个水平，此时以前的主流CMOS并行接口已不能处理所要求的带宽。

图2 并行LVCMOS图像传感器I/F

由于兆像素传感器的问世，对更高速度的需求激增，HDR和对支持更高帧速率、新型、更高速度传感器的需求正使用不同的接口来克服并行LVCMOS的局限性。例如，索尼和松下使用并行的子LVDS接口，OmniVision使用MIPI或串行LVDS。另一个例子是，为支持更高带宽的需求，Aptina Imaging已经推出了称为HiSPi（高速串行像素接口）的高速串行接口。HiSPi接口可以工作在1-4个串行数据通道，加上1个时钟通道。每个信号是子LVDS差分信号，以 0.9V的共模电压为中心。每个通道可以运行在高达700Mbps下。

　　HiSPi与并行传感器接口桥接的需求

　 多个传感器接口给标准化下游视频处理逻辑的制造商提出了一个问题，因为用一个ASSP支持许多不同的传感器接口非常困难。

　　大多数ISP（图像信号处理）器件支持传统的CMOS并行传感器接口，但通常缺乏对高速串行接口的支持。很多ISP并行接口的运行速度远远超过了传感器的并行接口。但是，由于传感器已迁移到不同串行接口，ISP器件需要逻辑以转换到并行接口。因此FPGA桥接器件需要将高速串行数据转换到并行格式。对于视频信号处理ASSP的制造商（他们拥有支持更快的并行CMOS传感器接口的现成产品），FPGA解决了连接至高速串行传感器的问题。FPGA提供在高速传感器和传统图像信号处理ASSP之间的简单、具有成本效益的可编程桥接。这个概念如图3所示。

图3 高速图像传感器和ASSP之间的可编程桥接