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用于STM32 MCU的数字照相机接口(DCMI)

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STMCU小助手 发布时间:2022-7-22 22:00
引言3 a) k; z3 {& ~. Q) w5 L* ]
随着市场对更高图像质量的需求不断增加,成像技术持续发展,各种技术(例如,3D、计算、运动和红外线)不断涌现。
: m5 X8 Q, ?7 t2 u7 c如今的成像应用对高质量、易用性、功率效率、高度集成、快速上市和成本效益提出了全面要求。0 f" x+ n/ _. u7 A
为了满足这些要求,STM32 MCU内置数字照相机接口(DCMI),能够连接高效的并行照相机模块。
! I$ _7 K. Q, Q此外,STM32 MCU还提供许多性能等级(CPU、MCU子系统、DSP和FPU)。它们还提供各种功耗模式、丰富的外设和接口组合(SPI、UART、I2C、SDIO、USB、ETHERNET、I2S...)、丰富的图形产品组合(LTDC、QSPI、DMA2D...)和业界领先的开发环境,为复杂应用和连接解决方案(IOT)提供保障。
) A! l; F& _; W! S& i5 B6 a( r本应用笔记将向STM32用户介绍一系列基本概念,并为DCMI的功能、架构和配置提供通俗易懂的说明。此外,还提供了各种具体示例作为支持。
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2 r9 Y5 t- ]7 Z0 Z. g+ I0 G
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# `9 r0 o* N( v: K1 Y* j6 O6 Y1概述:照相机模块和基本概念' A# B+ t/ ~3 O8 U. b$ t& [4 G0 g
本节提供照相机模块及其主要元件的概述, 并介绍了并行照相机模块的外部接口。2 W' }5 x  R" Z3 F- \
1.1成像的基本概念4 G8 n: q0 N/ q
本节提供像场的简介以及基本概念和原理(例如像素、分辨率、色深和消隐)的概述。
6 S. k( n3 F- i- Y3 z/ o•像素:图像的每个点均体现了彩色图像的颜色或黑白照片的灰度。通过数值逼近重建最终图像。该数字图像是由物理点组成的二维数组。每个点称为一个像素(源自图像元素)。换句话说,像素是图像的最小可控元素。每个像素均可寻址。
7 F2 n# V, M6 F9 }/ Y7 I) s图 1显示了原始图像与数值逼近之间的差异。8 }: i. [6 n$ g

! E# P1 O4 s: n" \: O' }) e, S

- e$ L# o: _3 w2 k7 H( R5 v $$K18AFR$}IM)15IO1N0CNB.png ) w" q4 q' E0 S; @$ D

5 Q* o5 ~) s, B% h
4 m& U! i; B1 ~

8 Z5 b; C) J- H" j0 d" ?•分辨率:图像中像素的数量。像素越多,图像尺寸越大。当图像尺寸相同时,像素的数量越多,图像包含的细节越丰富。
; \2 a; ], S0 S2 [% w8 h•色深(位深):用于指示像素颜色的位数。它也被称为每像素位数(bpp)。2 g  U8 S& z: F% i/ K* }) R
示例:7 ^8 q. q/ X: ?" r
–对于二值图像,每个像素包含一位。每个像素为黑色或白色(0或1)。6 i' T  h6 n4 `- Y/ J
–对于灰度图,图像通常为2 bpp(每个像素可以有4级灰阶中的1级)至8 bbp(每个像素可以有256级灰阶中的1级)。
& h, G9 ]" w4 Z–对于彩色图像,每个像素的位数为8至24不等(每个像素最多可以有16777216种可能的颜色)。0 l+ y- D. O# i( U" g
•帧率(视频):每秒传输的帧(或图像)数,表示为帧每秒(FPS)。6 c6 a0 W. r- h1 z/ a& K0 n
•水平消隐:一行末尾与下一行开头之间被忽略的行。" \8 N7 X- a* y6 V/ N

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" q7 m4 v8 A- q- I: a: s XEK98_T46L_@IST(`~[SW3J.png
  y( Z3 {" a' D# r
. @2 O; `* l' `•垂直消隐:帧最后一行末尾与下一帧第一行开头之间被忽略的行。
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3 a* c( g7 h# T JTZV}(PW@XBW(WU{NA~S_DY.png : i% J$ Q! Y0 S; d# l, l

- y, B3 P1 s4 o+ `& Q: K
9 `  l" ^) p& B/ z0 l/ u

+ T7 J% u* i( `1 p•逐行扫描:一种处理移动图像的方式。它可以按顺序逐一扫描行,无需像隔行扫描一样将奇数行与偶数行分开。构建图像:: J! P6 x( O8 f- I6 c6 |8 s4 A
–在逐行扫描时,先绘制第一行,然后是第二行,再到第三行。# D( X* j# a! H0 j+ v
–在隔行扫描时,每一帧分为两个场,即奇数行和偶数行。两个场交替显示。
! H8 q9 N* Q7 g; k- r* }# Q& T+ {6 U- T$ S/ Z

& w1 g* K) s3 Y& V8 }9 s# W* H  Z1.2照相机模块4 B  {) I3 \+ T8 R, g8 Z  H, ?
照相机模块由四部分组成:图像传感器、镜头、印刷电路板(PCB)和接口。4 ?* P7 i: U& o# U
图 4所示为一些常用照相机模块的示例。
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. s' O2 p: j+ T" e! ~' t2 R U$Z9HPRP)~Q~_GKC6DWMMS3.png
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" N7 @. G9 Z1 |! f6 s6 `7 H
" m4 I8 c9 L. ~, D: |( o  X! h! N1.2.1照相机模块的组件& x1 h/ r  D$ u' _' l. C$ ]4 p
下文描述了照相机模块的四个组件:
9 M3 r" K+ H1 `9 G, K: P图像传感器9 L6 w* e+ j* P
它是一种模拟设备,能够将接收到的光转换为电子信号。这些信号传输构成数字图像的信息。
6 d" w! x; x; R% ?: d  f数字照相机中可以使用两种类型的传感器:1 M" \  z: y0 W" F' Y+ u. r
•CCD(电荷耦合器件)传感器
, C0 ~# u( |% B/ Z0 R; Z•CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器。
9 ]1 ?8 w; Y$ v! w5 z( h二者都将光转换为电子信号,但是有各自的转换方法。由于性能持续改进且成本不断下降,CMOS成像装置已在数字摄影领域占据主导地位。
; w( Y! d( m* Z/ I& C* ]$ H  C$ [+ w5 p
; }7 ^. o% x: O5 v) \
镜头
8 X0 ^( v: G+ h0 Q( ]6 {镜头是一种光学镜片,能够严格复制图像传感器捕获的实际图像。挑选合适的镜头是用户创造力的一部分,并会显著影响图像质量。$ y$ j& {% K3 J% T$ z4 S' R6 e8 c

  \0 I7 O, D4 Y+ q* L  J9 S- ~, @7 I  A
/ E6 j" }  Q# x
印刷电路板 (PCB)4 D3 t6 \+ s' i7 q9 m
PCB是一种由电子元件组成的板,用于确保良好的极化并保护图像传感器。PCB还为照相机模块的所有其他部分提供支持。
7 P) c( w( h0 C$ _  B0 d
' _2 \- j. Q: N+ T1 K

% K' p& R* O+ e照相机模块的互联
, p' R- f3 x, e1 e1 i照相机接口是一种桥接器,能够将图像传感器连接到嵌入式系统并发送或接收信号。照相机与嵌入式系统之间传输的信号主要是:" V* J3 @0 f1 y2 p" J
•控制信号
. o, A: X8 A8 T7 [2 ^•图像数据信号
) z) I& X7 v% Y2 \/ L% a, p•电源信号
" b) v: N: D6 W+ f•照相机配置信号。  ~. e: {0 Q4 f
根据数据信号的传输方式,可将照相机接口分为两种类型:并行和串行接口。 ( V6 t+ k4 I, m( X, d

$ v) a( Z. C* i4 A# l  W: B5 N  i4 Q3 J

2 ]8 ?* J1 B6 K# ]6 n8 D) L5 e$ R% ^* m
完整版请查看:附件

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7 q" B; j4 o* U, I- a7 p: ~; t! x4 N
7 z$ h. e+ [3 M0 B

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