【FPGA】摄像头模块OV5640-一、OV5640简介

2024-04-19 10:21:38

1.1 基本概述

OV5640是OV（OMNIVISION）公司设计的一款CMOS图像传感器，最高输出500万像素的图像，最高分辨篇格式为QSXVGA（2592×1944），数据接口采用DVP，控制接口为SCCB。可以输出RGB565/RGB555/RGB444、YUV(422/420)、YCbCr422和JPEG格式，可以对图像进行白平衡、饱和度、色度、锐度、Gamma曲线等调节。图像分辨率、帧率可调。
OV5640支持LED补光、MIPI（移动产业处理器接口，常用于手机摄像头）输出接口和 DVP（数字视频并行，本次实验使用这个接口）输出接口选择、ISP（图像信号处理）以及AFC（自动聚焦控制）等功能。

控制OV5640的核心在于了解它的时序电路和数据输出之间的关系，在FPGA端需要注意以下标黄的端口，它们都是OV5640的控制输入引脚。下面对时序生成和系统逻辑控制电路的引脚作一些说明：

PWDN：休眠控制
RESETB：复位信号
FREX：帧曝光控制
GPIO[3:0]：和自动聚焦和防震动相关配置有关（本次实验没有用到）
PCLK：像素同步时钟（由模块板载晶振提供）
HREF：行同步信号，可以理解为像素数据有效信号
VSYNC：场同步信号
STROBE：闪光灯控制（连接到模块板载LED）

OV5640支持2592×1944（QSXVGA）及以下任意分辨率图像的输出。它是通过缩放和修改相关像素定位寄存器实现的。相关配置寄存器的配置地址及意义由下图给出。

X/Y_ADDR_ST/END：输出像素的开始位置和结束位置。
X/Y_OFFSET：缩放前输出场的偏移。
X/Y_OUTPUT_SIZE：输出像素大小。

1.2 工作时序

1.2.1 DVP Timing（数据传输时序）

上图表示了OV5640在DVP模式下的数据输出时序，同时列出了以VGA（640×480）分辨率为例的不同区间的时间。

tp：在RGB565格式下，一个 $tp$ 等于两倍的 $t_{PCLK}$ ，因为一个像素的有效数据需要两个时钟周期传输。

1.2.2 帧曝光工作模式

OV5640拥有三种曝光模式，在模式0下，帧曝光控制引脚FREQ作输入，曝光脉冲请求通过FPGA发出；在模式1下，曝光请求通过I2C（SCCB）总线发出，帧曝光控制引脚FREQ作输出，通知外部主机（FPGA）将要开始曝光，LED功能只有在模式0和模式1下才会工作；滚动曝光模式下曝光控制功能失效。

1.3 OV5640 闪光灯工作模式

在了解闪光灯信号strobe信号之前，需要注意，闪光灯的所有工作模式只在帧曝光模式0和模式1下有效。滚动帧曝光下闪光灯不工作。

1.3.1 Xenon Flash（氙灯闪烁）模式

"Xenon"是指氙灯（xenon flash）模式。氙灯是一种基于氙气放电的强光源，当电流通过充满氙气的灯管时，氙气被激发产生亮白色的光。在摄影和摄像中，氙灯闪光灯被广泛用于提供短时间内的高强度照明，以便在拍摄照片或视频时，尤其是在低光环境下，获得更好的曝光效果。在脉冲请求strobe request信号到来后，经历三帧时间，strobe pulse将输出一个极短的脉冲。该功能需要通过寄存器配置。上电后默认工作在该模式下。