??? 通過異步串口向1M60相機(jī)發(fā)送控制命令和診斷命令，可以控制相機(jī)輸出圖像的增益、補(bǔ)償、幀頻、暴光時(shí)間、暴光模式和測試圖像的輸出，同時(shí)還可以對相機(jī)進(jìn)行診斷。串口協(xié)議：1位開始位、8位數(shù)據(jù)位、無奇偶校驗(yàn)位、1位停止位，通訊波特率為9 600bps（相機(jī)默認(rèn)），而通過設(shè)定波特率命令，可設(shè)定通訊波特率為19 200bps、57 600bps和115 200bps。
??? 在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)輸出兩個(gè)像素的情況下（簡稱雙拍輸出），像素?cái)?shù)據(jù)輸出時(shí)鐘為40MHz，最高幀頻可達(dá)60幀/秒。通過設(shè)定像素?cái)?shù)據(jù)格式命令，可以設(shè)定像素?cái)?shù)據(jù)為8位、10位或12位。
??? 通過像素輸出模式命令可以選擇用單拍輸出圖像數(shù)據(jù)還是用雙拍輸出圖像數(shù)據(jù)。由于雙拍輸出圖像數(shù)據(jù)具有特殊性，這里僅介紹雙拍輸出圖像數(shù)據(jù)情況下的時(shí)序和圖像的重構(gòu)顯示。雙拍輸出像素?cái)?shù)據(jù)時(shí)序如圖2所示^[2]。在雙拍工作時(shí)，場有效時(shí)間為16ms，行有效時(shí)間為12.8μs，每行有效期間內(nèi)包含512個(gè)像素輸出時(shí)鐘，像素的輸出方式是一行中的第1個(gè)像素和第513個(gè)像素同時(shí)輸出，依次類推。圖像輸出格式為逐行輸出。

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??? 1M60相機(jī)共有五種暴光模式，可以通過設(shè)定暴光模式命令來為相機(jī)選擇合適的暴光模式。具體暴光模式如下：
??? (1)模式2：內(nèi)部觸發(fā)方式" title="觸發(fā)方式">觸發(fā)方式，幀頻和暴光時(shí)間可用相應(yīng)的命令控制，最大幀頻為57幀/秒。
??? (2)模式3：外部觸發(fā)方式，幀頻固定為60幀/秒，暴光時(shí)間固定。
??? (3)模式4：外部觸發(fā)方式，幀頻和暴光時(shí)間都由外部觸發(fā)信號控制，即外部觸發(fā)信號的高電平階段為暴光時(shí)間，外部觸發(fā)信號的頻率為幀頻，最大幀頻為57幀/秒。
??? (4)模式6：外部觸發(fā)方式，幀頻固定為57幀/秒，暴光時(shí)間可用相應(yīng)命令控制。
??? (5)模式7：內(nèi)部觸發(fā)方式，幀頻可用相應(yīng)的命令控制，最大幀頻為60幀/秒，暴光時(shí)間固定。
??? 對于某些需要延遲一些時(shí)鐘周期后再接收數(shù)據(jù)的圖像處理系統(tǒng)，可以用設(shè)置預(yù)觸發(fā)命令來進(jìn)行延遲，最大延遲為15個(gè)時(shí)鐘周期。通過設(shè)置視頻模式命令，可以使1M60相機(jī)的視頻輸出為正常模式還是測試模式，1M60相機(jī)有多達(dá)15種視頻輸出測試模式。
??? 1M60相機(jī)的命令以ACSII碼的形式發(fā)送。向相機(jī)發(fā)送命令時(shí)，以回車符作為結(jié)束。相機(jī)上電后，相機(jī)背后的指示燈閃爍，同時(shí)通過串口發(fā)送Camera Initialization in process, Please Wait…OK>字符串。當(dāng)收到OK>字符串時(shí)，表明相機(jī)要開始傳送圖像數(shù)據(jù)，這時(shí)，相機(jī)背后的指示燈不再閃爍。當(dāng)相機(jī)收到有效的命令時(shí)，會(huì)返回OK>字符串作為應(yīng)答，否則，返回Error x: Error Massage>字符串作為應(yīng)答。其中，x為錯(cuò)誤標(biāo)號，Error Massage表示對錯(cuò)誤的具體說明。相機(jī)的應(yīng)答字符串以符號>作為結(jié)束符。這里不對命令和出錯(cuò)后的處理方法進(jìn)行敘述，詳細(xì)的命令說明和用法以及出錯(cuò)處理可參考文獻(xiàn)[1]的附錄B。
2 1M60相機(jī)的硬件接口
??? 1M60相機(jī)輸出圖像數(shù)據(jù)使用的是Camera Link總線。該總線是在National Semiconductor公司開發(fā)的Channel Link總線技術(shù)基礎(chǔ)上由多家相機(jī)制造商共同制定的總線標(biāo)準(zhǔn)，是專為可見光數(shù)字相機(jī)制定的一種圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)控制信號及相機(jī)控制信號傳輸?shù)目偩€接口，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)2.38Gbps。Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了接口模式、相機(jī)信號、端口配置、圖像數(shù)據(jù)位配置、連接器和連接器引腳定義及連接線、標(biāo)準(zhǔn)接收器芯片組。下面結(jié)合這些規(guī)定，對1M60相機(jī)的硬件接口進(jìn)行說明。
2.1 接口模式
??? 圖3^[2]所示為Camera Link總線發(fā)送端與接收端的框圖，也是該總線的基本模式。圖中，Camera Link總線發(fā)送端將28位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為4對LVDS串行差分" title="差分">差分數(shù)據(jù)傳送出去，同時(shí)還有一對LVDS串行差分?jǐn)?shù)據(jù)線用來傳輸圖像數(shù)據(jù)輸出同步時(shí)鐘，而總線接收端將串行差分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成28位并行數(shù)據(jù)，同時(shí)轉(zhuǎn)換出同步時(shí)鐘。這樣不但減少了使用的傳輸線數(shù)量，而且由于采用串行差分傳輸方式，還減少了傳輸過程的中的電磁干擾。

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??? Camera Link總線除了基本模式外，還包括中等模式和完整模式。中等模式是兩個(gè)基本模式的疊加，而完整模式則是三個(gè)基本模式的疊加。1M60相機(jī)使用基本模式，其28位數(shù)據(jù)線用來傳輸圖像像素?cái)?shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)控制信號。
2.2 相機(jī)信號
??? 根據(jù)Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，1M60相機(jī)包含以下幾種相機(jī)信號：
?? (1)相機(jī)控制信號
??? Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)定了四個(gè)相機(jī)控制信號:CC1、CC2、CC3、CC4。1M60相機(jī)僅使用了其中的CC1控制信號，用作外部觸發(fā)信號輸入端，即當(dāng)1M60相機(jī)工作在暴光模式3、4、6時(shí)，外部觸發(fā)信號由此引腳輸入。1M60相機(jī)雖然沒有使用CC2、CC3、CC4控制信號，但在硬件接口上保留了相應(yīng)的引腳。
?? (2)視頻數(shù)據(jù)控制信號
??? 1M60相機(jī)共有四個(gè)視頻數(shù)據(jù)控制信號：幀有效信號、行有效信號、數(shù)據(jù)有效信號和一個(gè)備用信號。這四個(gè)信號的作用是：當(dāng)幀有效信號為高時(shí)輸出有效行；當(dāng)行有效信號為高時(shí)輸出有效圖像數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)有效信號是Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)為了兼容沒有時(shí)鐘信號輸出的低速數(shù)字相機(jī)而規(guī)定的，1M60相機(jī)中該信號始終為高電平；備用信號保留了相應(yīng)的引腳，但沒有規(guī)定用途，這是為了與Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)相符合的需要。
??? (3)電源輸入
??? 圖4所示為1M60相機(jī)電源插座[1]，這也是Camera Link總線規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)電源插座 。表1給出了電源插座各引腳的定義。

??? (4)異步串口通信
??? 1M60相機(jī)定義的異步串口通信信號對名稱及用途如下：
??? ±SerTFG：相機(jī)向圖像處理系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)的LVDS數(shù)據(jù)對。
??? ±SerTC：圖像處理系統(tǒng)向相機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的LVDS數(shù)據(jù)對。
2.3 端口配置
??? Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在完整模式下，最多可以使用八個(gè)端口（Port A～Port H）傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)端口為8位數(shù)據(jù)。1M60相機(jī)使用Port A～Port C端口，其端口定義如表2所示。表中的發(fā)送器是1M60相機(jī)中使用的Camera Link總線發(fā)送器，接收器是1M60相機(jī)圖像處理系統(tǒng)中要使用的Camera Link總線接收器。本文所使用的Camera Link總線接收器是National Semiconductor公司的Camera Link總線接收器芯片DS90CR288A。

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2.4 連接器和連接器引腳定義及連接線
??? Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使用的連接器是26個(gè)引腳的MDR26連接器，連接線使用的型號是14X26-SZLB-XXX-0LC。1M60相機(jī)連接器引腳和圖像處理系統(tǒng)連接器引腳的定義如表3所示。

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3 圖像處理系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)
??? 圖像處理系統(tǒng)的硬件連接框圖如圖5所示。從圖5中可以看出，圖像處理系統(tǒng)的硬件電路包括四個(gè)部分：
??? (1)用一個(gè)MDR26連接器將1M60相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)和各種控制信號引入圖像處理系統(tǒng)中。由表3可知圖像處理系統(tǒng)中MDR26連接器的各引腳的定義。
??? (2)由于1M60相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘達(dá)到了40MHz，因此選用National Semiconductor公司的Camera Link總線接收器芯片DS90CR288A作為接收Camera Link總線信號的接收器。該芯片輸入時(shí)鐘范圍在20M～85MHz，3.3V電源電壓，56引腳，TSSOP封裝[3]。DS90CR288A芯片將1M60相機(jī)輸出的五對差分信號（X0+，X0-）、(X1+,X1-)、(X2+,X2-)、（X3+，X3-）、（Xclk+，Xclk-），轉(zhuǎn)換為24位圖像數(shù)據(jù)、FVAL信號、LVAL信號、DVAL信號、Spare信號以及1M60相機(jī)圖像數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘信號（即圖5中的CLKOUT信號）。
??? (3)為了對1M60相機(jī)進(jìn)行外部觸發(fā)方式控制以及向1M60相機(jī)發(fā)送命令，用四通道CMOS信號轉(zhuǎn)換為LVDS差分信號的芯片DS90LV047^[4]作為圖像處理系統(tǒng)向1M60相機(jī)發(fā)送外同步觸發(fā)信號和轉(zhuǎn)換的命令。
??? (4)為了接收1M60相機(jī)向圖像處理系統(tǒng)發(fā)送的應(yīng)答字符串，選用DS90LV048[5]芯片作為圖像處理系統(tǒng)接收器。DS90LV048芯片是四通道LVDS差分信號轉(zhuǎn)換為CMOS信號的驅(qū)動(dòng)器。其他沒用的信號沒有連接。
??? 使用1M60相機(jī)的圖像處理系統(tǒng)相對于使用模擬信號相機(jī)的圖像處理系統(tǒng)，在硬件上省去了模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，可以不用考慮模擬信號與數(shù)字信號之間的隔離，減少了硬件開發(fā)的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，在系統(tǒng)軟件中也省去了對模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的初始化部分，減少了軟件的工作量。

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??? 綜上所述，1M60數(shù)字相機(jī)具有硬件接口簡單，連接線數(shù)少，可編程控制，多種暴光模式，分辨率高，圖像數(shù)據(jù)傳輸速度快，體積小等特點(diǎn)。正是由于1M60相機(jī)的這些卓越性能，在要求高速、高分辨率、低對比度的圖像處理場合中必將得到廣泛的應(yīng)用。目前，該相機(jī)已應(yīng)用于某863計(jì)劃項(xiàng)目中作為圖像處理系統(tǒng)的相機(jī)，取得了令人滿意的效果。
參考文獻(xiàn)
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[2]?DALSA公司. DALSA implementation road map.2004.
[3] ?National Semiconductor公司.DS90CR287/DS90CR288A +3.3V rising edge data strobe LVDS 28-bit channel link-
?85 MHz.2004.
[4]?National Semiconductor公司. DS90LV047A 3V LVDS?quad CMOS differential line driver.2003.
[5] National Semiconductor公司. DS90LV048A 3V LVDS quad ?CMOS differential line driver.2001.