基于FPGA的雙圖像傳感器設計方案

　　摘要：本文介紹了在Lattice FPGA平臺上實(shí)現的雙圖像傳感器設計方案。該方案通過(guò)處理兩個(gè)圖像傳感器的數據來(lái)對改善最終的圖像數據。

　　當人們考慮有兩個(gè)圖像傳感器的應用時(shí)，首先很可能想到的是一個(gè)三維攝相機。不過(guò)，也有許多設計可以通過(guò)使用來(lái)自?xún)蓚€(gè)圖像傳感器的數據進(jìn)行改善;一個(gè)例子是汽車(chē)司機錄像機(CDR)的黑盒子，這通常是安裝在后視鏡附近，擁有兩個(gè)攝像機(圖1)。一個(gè)攝像機朝向擋風(fēng)玻璃，而另一個(gè)攝像機指向司機。在本地的存儲器芯片中存儲攝像機的視頻，如果有意外事故或疑問(wèn)，可以進(jìn)行檢索?！　?/p>

 

　　兩個(gè)攝像機和其數據的其他應用包括對監視的精確分析，在車(chē)中對行人的檢測。在這些設計中，這兩個(gè)相機的輸出被用來(lái)創(chuàng )建一個(gè)包括深度感知的算法。有了這些數據，處理器可以非常精確地“看到”圖像和從陰影或其他物體中辨別出人。

　　所有這些設計都要求有一個(gè)圖像信號處理器(ISP)。然而，一個(gè)ISP支持兩個(gè)傳感器并不簡(jiǎn)單。雖然大多數ISP可以支持兩個(gè)圖像傳感器的吞吐量，絕大多數ISP器件已經(jīng)設計成只有一個(gè)傳感器接口。即使有兩個(gè)端口的ISP往往不能組合在一起，同時(shí)處理兩個(gè)圖像，或者，如果他們能做到，往往是非常昂貴的。

　　除了這個(gè)ISP接口被限制為只處理一個(gè)圖像傳感器之外，更高分辨率的圖像傳感器構成了另一個(gè)設計挑戰。從歷史上看，通過(guò)統一的CMOS并行總線(xiàn)(圖2)，所有高達720p30分辨率的圖像傳感器都被連接到ISP?！　?/p>

 

　　對于720p60和更高的分辨率，圖像傳感器無(wú)法通過(guò)CMOS并行總線(xiàn)進(jìn)行高質(zhì)量的傳輸。因為并行總線(xiàn)速度必須高于70MHz，開(kāi)關(guān)噪聲導致圖像傳感器的質(zhì)量下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，圖像傳感器供應商引入串行而非并行總線(xiàn)來(lái)傳輸數據。然而，由于許多ISP器件只設計成采用并行總線(xiàn)，需要將新的傳感器的串行總線(xiàn)轉換到這個(gè)并行總線(xiàn)(圖3)。

　　最后，對于需要3D算法的應用，這兩個(gè)圖像傳感器必須同步工作。這不容易做到，因為每個(gè)傳感器的制造商都有自己的方法和格式。例如，一些圖像傳感器使用I/O引腳來(lái)進(jìn)行觸發(fā)，而其他制造商則使用I2C，SPI或兩者兼而有之。幾乎所有的ISP都面臨著(zhù)設計挑戰，以支持多種模式，從而確保各種傳感器是同步的。

　　一些ISP廠(chǎng)商都試圖來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)提供兩個(gè)獨立的接口和兩個(gè)處理引擎來(lái)支持兩個(gè)圖像傳感器。但是，結果是構成了一個(gè)非常昂貴的ISP器件，不僅圖像處理能力遠遠超過(guò)實(shí)際的需求，而且對軟件開(kāi)發(fā)人員而言，配置和編程更加復雜。