基于CMOS图像传感器的车载高清全景成像系统设计
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ＣＭＯＳ图 像 传 感 器 的 工 作 原 理 框 图 如 图 １ 所 示。它的像素 阵 列 采 用 有 源 像 素 传 感 器 ＡＰＳ（Ａｃ－ ｔｉｖｅ－Ｐｉｘｅｌ Ｓｅｎｓｏｒ）技 术，即 在 每 一 个 光 敏 元 内 集 成 一个或多个放大器 （有 源 器 件），使 每 一 电 信 号 在 光 敏元内就得到放大，使 ＣＭＯＳ图像传感器灵敏度得 到提高，并具 有 良 好 的 降 低 噪 声 功 能 。 ［４］ 像 素 单 元 阵列按 Ｘ 和Ｙ 方向排列成方阵，方阵中的每一个像 素单元都有它在 Ｘ，Ｙ 各方向上的地址，并可以分别
目前 车 载 全 景 成 像 系 统 普 遍 使 用 的 是 ３０ 万 像 素的 ＣＭＯＳ图像传感器芯片，它可以通过 ＣＶＢＳ模 拟信号方便快速的传输到后端 ＤＳＰ 处理平台，但是 它 存 在 图 像 清 晰 度 低 、色 彩 质 量 差 、动 态 范 围 小 等 问 题。随着车载液晶显示器技术朝着高分辨率发展， ３０万像素 ＣＭＯＳ图像 传 感 器 的 车 载 成 像 系 统 逐 渐 不能满足高分辨 率 液 晶 显 示 技 术 的 要 求。 因 此，研 发车载高清全景成 像 系 统 已 经 成 为 一 种 趋 势，但 是 高清视频图像是数 字 信 号 的 大 数 据 采 集 与 传 输，存 在着固有的传输困 难 等 一 系 列 的 问 题，由 此 本 文 提 出 一 种 传 输 距 离 远、信 号 质 量 稳 定、传 输 速 率 １Ｇｂｉｔ／ｓ以上的一百万 像 素 车 载 高 清 全 景 成 像 系 统 的电路设计以及高速图像传输的方案。
ＺＨＡＮＧ Ｂａｏｌｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｊｉｃｈａｏ，ＬＩ Ｄａｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｃａｒ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｐａｒｋｉｎｇ ａｓｓｉｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅｓ， ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ７２０Ｐｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ ２１０° ｆｉｓｈ－ｅｙｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ＇ｓ ＯＶ１０６３５ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ，ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ ｄｙ－ ｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ ｔｉｃｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ，ｓｔａｂｌｅ ｓｉｇｎａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅｓ ａｂｏｖｅ １Ｇｂｉｔ／ｓ，ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ ｌｏｗ ＥＭＩ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＦＰＤ－Ｌｉｎｋ Ⅲ ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ／ｄｅｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｒｅａｃｈ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｃａｒ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａ－ ｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．
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由两个方向的地址译 码 器 进 行 选 择，每 一 列 像 素 单 元都对应于一个列放 大 器，列 放 大 器 的 输 出 信 号 分 别接到由 Ｘ 方向地址译码器进行选择的模拟多路 开 关 ，并 输 出 至 输 出 放 大 器 ，输 出 放 大 器 的 输 出 信 号 送至 Ａ／Ｄ 转换器进行模数转换，经预处理电路处理 后通过接 口 电 路 输 出。ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 的 时 序 电路产生各种驱动 和 控 制 脉 冲，信 号 处 理 电 路 集 成 了自动白平 衡 （ＡＷＢ）、自 动 曝 光 控 制 （ＡＥＣ）、自 动 增益 控 制 （ＡＧＣ）、γ 校 正 等 电 路，可 通 过 Ｉ２Ｃ 总 线 控制和调试芯片内部各种寄存器参数，通过 Ａ／Ｄ 转 换电路可实现数字图像输出，也可输出标准的 ＮＴ－ ＳＣ 或 ＰＡＬ 制式的模拟视频信号。
图 １ ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 原 理 图
２ 车 载 全 景 成 像 系 统 设 计
对于 车 载 电 子 系 统 而 言，电 路 系 统 设 计 不 仅 要 满足极其苛 刻 的 ＥＭＣ 测 试 和 稳 定 性 要 求，而 且 还 要满足 整 体 设 计 体 积 小 和 功 耗 低 等 需 求。ＣＭＯＳ 图像传感器芯片也 需 要 选 用 车 载 级 的 产 品，车 载 级 图 像 传 感 器 芯 片 具 有 良 好 的 集 成 性 、小 体 积 、低 功 耗 并 且 将 光 敏 元 阵 列 、驱 动 电 路 、信 号 处 理 电 路 、模／数 转换器和接口电路 等 完 全 集 成 其 中，从 而 大 大 地 降 低了系统设计难 度。 同 时，它 也 满 足 了 车 载 成 像 系 统长期稳定工作的要求。车载全景成像系统主要由 ＣＭＯＳ图像传感器、外 围 控 制 和 传 输 电 路 和 光 学 镜 头三部分组成。
张 宝 龙 ，杨 继 超 ，李 丹
（天津科技大学 电子信息与自动化学院，天津 ３００２２２）
摘 要：为了满足未来车载全景 辅 助 泊 车 系 统 对 高 清 视 频 图 像 的 需 求 ，以 美 国 ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ 公 司 的 ＯＶ１０６３５ 低 功 耗、高分辨率、高动态范围 ＣＭＯＳ图像传感器为例，提出了应 用 ２１０°超 广 角 鱼 眼 镜 头 的 高 清 ７２０Ｐ 车 载 全 景 成 像 系 统 的 电路设计方法以及高速图像传输和调试应注意的问题，并通过选 取 超 低 ＥＭＩ信 号 传 输 的 双 向 ＦＰＤ－Ｌｉｎｋ Ⅲ 串 行／解 串 器实现了传输距离远、信 号 质 量 稳 定、传 输 速 率 １Ｇｂｉｔ／ｓ以 上 高 清 数 字 图 像 数 据 的 高 速 传 输 。 通 过 实 际 测 试 表 明，对 ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 电 路 的 设 计 达 到 了 车 载 全 景 成 像 系 统 的 高 清 成 像 稳 定 性 、小 型 化 等 要 求 。
１ ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 工 作 原 理
随着 ＣＭＯＳ集成电路工艺的不断发展和完善， ＣＭＯＳ图像 传 感 器 性 能 日 益 增 强。ＣＭＯＳ 图 像 传 感器将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯 片 内 ，不 仅 减 少 了 成 像 系 统 的 体 积 ，而 且 其 功 耗 也 大 大 降 低 。ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ 公 司 已 经 成 功 开 发 出 低 功 耗 、 高分辨 率、高 动 态 范 围 的 ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 芯 片， 使其成像质量和效果 能 够 跟 ＣＣＤ 相 媲 美。 与 ＣＣＤ 相比，它 具 有 低 成 本、低 功 耗、数 字 接 口 简 单、小 体 积 、高 速 率 等 优 点 。 在 汽 车 电 子 、空 间 观 测 、医 学 、移 动通讯等领域，ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 已 经 成 为 应 用 开 发的重点 。 ［３］
为满 足 车 载 高 清 全 景 成 像 的 要 求，同 时 考 虑 到 ＣＭＯＳ图像传感器本 身 的 尺 寸，本 文 采 用 ＯｍｎｉＶｉ－ ｓｉｏｎ 公 司 的 ＯＶ１０６３５ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器。 ＯＶ１０６３５是 ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ公司最新开发成功的车 载 级高分辨率、高动态范围的 ＣＭＯＳ 芯片，它是１／２．７ 英寸 ＣＭＯＳ图像传感器模块，其阵列大小为１２８０× ７２０像素 （ＨＤ ７２０Ｐ），１２９管脚的 ＢＧＡ 封装。 对于 系统的外围电路，由于 ＯＶ１０６３５ＣＭＯＳ芯片是高清 图像传感器，普通的 数 字 接 口 不 能 满 足 高 清 数 据 的 远 距 离 传 输， 因 此 本 文 选 取 ＴＩ 的 ＤＳ９０ＵＢ９１３Ａ＆９１４Ａ 一对 ＦＰＤ－Ｌｉｎｋ ＩＩＩ串行／解串
第４１卷 第３期
Leabharlann Baidu
光学技术
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．３
２ ０ １ ５年５月 ＯＰＴＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ Ｍａｙ ２０１５
文 章 编 号 ：１００２－１５８２（２０１５）０３－０２４７－０５
基于 ＣＭＯＳ图像传感器的车载 高清全景成像系统设计＊
关 键 词：成像光学；ＣＭＯＳ图像传感器；全景成像；高分辨率 中 图 分 类 号 ：Ｔ２０２ 文 献 标 识 码 ：Ａ DOI:10.13741/j.cnki.11-1879/o4.2015.03.013
Ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
车盲区问题而出现的新一代汽车辅助安全设备。全 景成像是应用比一般摄像头的摄像角度宽的超广角 鱼眼镜头，比 普 通 摄 像 头 的 １２０°摄 像 广 角 大，成 像 范围在 １６０°到 ２１０°之间，因此称为全景成像。 车 载 全景成像系统就是 利 用 全 景 成 像 角 度 宽 广，在 汽 车
＊ 收稿日期：２０１４－０８－１１；收到修改稿日期：２０１４－１１－０４ Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｅｚｂｌ＠ｔｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 基 金 项 目 ：天 津 市 科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 （１２ＺＣＺＤＧＸ０２６００） 作 者 简 介 ：张 宝 龙 （１９７６— ），男 ，教 授 ，博 士 ，从 事 光 电 显 示 研 究 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ；ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ；ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ
０ 引 言
近 年 来 ，行 车 安 全 问 题 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。 大量研究 表 明［１，２］，许 多 车 辆 事 故 是 由 于 汽 车 驾 驶 盲区问题造成的。车载全景成像系统是为了解决汽
２４７
光 学 技 术 第 ４１ 卷
有限的空间内呈现 宽 范 围 的 图 像 效 果，它 可 以 单 独 安装在汽 车 的 尾 部 成 为 倒 车 可 视 系 统 的 视 频 传 感 器 ，它 比 现 有 的 车 载 视 频 传 感 器 有 更 为 宽 阔 、清 晰 的 可视效果。同时，车 载 全 景 成 像 系 统 也 可 以 是 车 载 全景辅助泊车系统 的 子 系 统，作 为 车 载 全 景 辅 助 泊 车系统的前端视频 传 感 器，它 可 安 装 在 车 身 前 后 左 右，对车身周围３６０°进 行 实 时 多 路 视 频 图 像 采 集 并 通过车载全景辅助泊车系统处理得到一幅包括车辆 周边路面情况的车身俯视图 。 ［２］ 该系统可以在 车 内 无死角观察汽车周 边 情 况，有 效 消 除 了 车 辆 四 周 的 视 觉 盲 区 ，减 少 由 视 觉 盲 区 造 成 的 交 通 事 故 。
目前 车 载 全 景 成 像 系 统 普 遍 使 用 的 是 ３０ 万 像 素的 ＣＭＯＳ图像传感器芯片，它可以通过 ＣＶＢＳ模 拟信号方便快速的传输到后端 ＤＳＰ 处理平台，但是 它 存 在 图 像 清 晰 度 低 、色 彩 质 量 差 、动 态 范 围 小 等 问 题。随着车载液晶显示器技术朝着高分辨率发展， ３０万像素 ＣＭＯＳ图像 传 感 器 的 车 载 成 像 系 统 逐 渐 不能满足高分辨 率 液 晶 显 示 技 术 的 要 求。 因 此，研 发车载高清全景成 像 系 统 已 经 成 为 一 种 趋 势，但 是 高清视频图像是数 字 信 号 的 大 数 据 采 集 与 传 输，存 在着固有的传输困 难 等 一 系 列 的 问 题，由 此 本 文 提 出 一 种 传 输 距 离 远、信 号 质 量 稳 定、传 输 速 率 １Ｇｂｉｔ／ｓ以上的一百万 像 素 车 载 高 清 全 景 成 像 系 统 的电路设计以及高速图像传输的方案。
ＺＨＡＮＧ Ｂａｏｌｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｊｉｃｈａｏ，ＬＩ Ｄａｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｃａｒ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｐａｒｋｉｎｇ ａｓｓｉｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｅｓ， ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ７２０Ｐｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ ２１０° ｆｉｓｈ－ｅｙｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ＇ｓ ＯＶ１０６３５ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ，ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ ｄｙ－ ｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ ｔｉｃｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ，ｓｔａｂｌｅ ｓｉｇｎａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅｓ ａｂｏｖｅ １Ｇｂｉｔ／ｓ，ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ ｌｏｗ ＥＭＩ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＦＰＤ－Ｌｉｎｋ Ⅲ ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ／ｄｅｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｒｅａｃｈ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｃａｒ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａ－ ｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．
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由两个方向的地址译 码 器 进 行 选 择，每 一 列 像 素 单 元都对应于一个列放 大 器，列 放 大 器 的 输 出 信 号 分 别接到由 Ｘ 方向地址译码器进行选择的模拟多路 开 关 ，并 输 出 至 输 出 放 大 器 ，输 出 放 大 器 的 输 出 信 号 送至 Ａ／Ｄ 转换器进行模数转换，经预处理电路处理 后通过接 口 电 路 输 出。ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 的 时 序 电路产生各种驱动 和 控 制 脉 冲，信 号 处 理 电 路 集 成 了自动白平 衡 （ＡＷＢ）、自 动 曝 光 控 制 （ＡＥＣ）、自 动 增益 控 制 （ＡＧＣ）、γ 校 正 等 电 路，可 通 过 Ｉ２Ｃ 总 线 控制和调试芯片内部各种寄存器参数，通过 Ａ／Ｄ 转 换电路可实现数字图像输出，也可输出标准的 ＮＴ－ ＳＣ 或 ＰＡＬ 制式的模拟视频信号。
图 １ ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 原 理 图
２ 车 载 全 景 成 像 系 统 设 计
对于 车 载 电 子 系 统 而 言，电 路 系 统 设 计 不 仅 要 满足极其苛 刻 的 ＥＭＣ 测 试 和 稳 定 性 要 求，而 且 还 要满足 整 体 设 计 体 积 小 和 功 耗 低 等 需 求。ＣＭＯＳ 图像传感器芯片也 需 要 选 用 车 载 级 的 产 品，车 载 级 图 像 传 感 器 芯 片 具 有 良 好 的 集 成 性 、小 体 积 、低 功 耗 并 且 将 光 敏 元 阵 列 、驱 动 电 路 、信 号 处 理 电 路 、模／数 转换器和接口电路 等 完 全 集 成 其 中，从 而 大 大 地 降 低了系统设计难 度。 同 时，它 也 满 足 了 车 载 成 像 系 统长期稳定工作的要求。车载全景成像系统主要由 ＣＭＯＳ图像传感器、外 围 控 制 和 传 输 电 路 和 光 学 镜 头三部分组成。
张 宝 龙 ，杨 继 超 ，李 丹
（天津科技大学 电子信息与自动化学院，天津 ３００２２２）
摘 要：为了满足未来车载全景 辅 助 泊 车 系 统 对 高 清 视 频 图 像 的 需 求 ，以 美 国 ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ 公 司 的 ＯＶ１０６３５ 低 功 耗、高分辨率、高动态范围 ＣＭＯＳ图像传感器为例，提出了应 用 ２１０°超 广 角 鱼 眼 镜 头 的 高 清 ７２０Ｐ 车 载 全 景 成 像 系 统 的 电路设计方法以及高速图像传输和调试应注意的问题，并通过选 取 超 低 ＥＭＩ信 号 传 输 的 双 向 ＦＰＤ－Ｌｉｎｋ Ⅲ 串 行／解 串 器实现了传输距离远、信 号 质 量 稳 定、传 输 速 率 １Ｇｂｉｔ／ｓ以 上 高 清 数 字 图 像 数 据 的 高 速 传 输 。 通 过 实 际 测 试 表 明，对 ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 电 路 的 设 计 达 到 了 车 载 全 景 成 像 系 统 的 高 清 成 像 稳 定 性 、小 型 化 等 要 求 。
１ ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 工 作 原 理
随着 ＣＭＯＳ集成电路工艺的不断发展和完善， ＣＭＯＳ图像 传 感 器 性 能 日 益 增 强。ＣＭＯＳ 图 像 传 感器将图像传感部分和控制电路高度集成在同一芯 片 内 ，不 仅 减 少 了 成 像 系 统 的 体 积 ，而 且 其 功 耗 也 大 大 降 低 。ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ 公 司 已 经 成 功 开 发 出 低 功 耗 、 高分辨 率、高 动 态 范 围 的 ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 芯 片， 使其成像质量和效果 能 够 跟 ＣＣＤ 相 媲 美。 与 ＣＣＤ 相比，它 具 有 低 成 本、低 功 耗、数 字 接 口 简 单、小 体 积 、高 速 率 等 优 点 。 在 汽 车 电 子 、空 间 观 测 、医 学 、移 动通讯等领域，ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器 已 经 成 为 应 用 开 发的重点 。 ［３］
为满 足 车 载 高 清 全 景 成 像 的 要 求，同 时 考 虑 到 ＣＭＯＳ图像传感器本 身 的 尺 寸，本 文 采 用 ＯｍｎｉＶｉ－ ｓｉｏｎ 公 司 的 ＯＶ１０６３５ＣＭＯＳ 图 像 传 感 器。 ＯＶ１０６３５是 ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ公司最新开发成功的车 载 级高分辨率、高动态范围的 ＣＭＯＳ 芯片，它是１／２．７ 英寸 ＣＭＯＳ图像传感器模块，其阵列大小为１２８０× ７２０像素 （ＨＤ ７２０Ｐ），１２９管脚的 ＢＧＡ 封装。 对于 系统的外围电路，由于 ＯＶ１０６３５ＣＭＯＳ芯片是高清 图像传感器，普通的 数 字 接 口 不 能 满 足 高 清 数 据 的 远 距 离 传 输， 因 此 本 文 选 取 ＴＩ 的 ＤＳ９０ＵＢ９１３Ａ＆９１４Ａ 一对 ＦＰＤ－Ｌｉｎｋ ＩＩＩ串行／解串
第４１卷 第３期
Leabharlann Baidu
光学技术
Ｖｏｌ．４１ Ｎｏ．３
２ ０ １ ５年５月 ＯＰＴＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ Ｍａｙ ２０１５
文 章 编 号 ：１００２－１５８２（２０１５）０３－０２４７－０５
基于 ＣＭＯＳ图像传感器的车载 高清全景成像系统设计＊
关 键 词：成像光学；ＣＭＯＳ图像传感器；全景成像；高分辨率 中 图 分 类 号 ：Ｔ２０２ 文 献 标 识 码 ：Ａ DOI:10.13741/j.cnki.11-1879/o4.2015.03.013
Ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
车盲区问题而出现的新一代汽车辅助安全设备。全 景成像是应用比一般摄像头的摄像角度宽的超广角 鱼眼镜头，比 普 通 摄 像 头 的 １２０°摄 像 广 角 大，成 像 范围在 １６０°到 ２１０°之间，因此称为全景成像。 车 载 全景成像系统就是 利 用 全 景 成 像 角 度 宽 广，在 汽 车
＊ 收稿日期：２０１４－０８－１１；收到修改稿日期：２０１４－１１－０４ Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｅｚｂｌ＠ｔｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ 基 金 项 目 ：天 津 市 科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 （１２ＺＣＺＤＧＸ０２６００） 作 者 简 介 ：张 宝 龙 （１９７６— ），男 ，教 授 ，博 士 ，从 事 光 电 显 示 研 究 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｍａｇｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ；ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｐａｎｏｒａｍｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ；ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ
０ 引 言
近 年 来 ，行 车 安 全 问 题 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 。 大量研究 表 明［１，２］，许 多 车 辆 事 故 是 由 于 汽 车 驾 驶 盲区问题造成的。车载全景成像系统是为了解决汽
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光 学 技 术 第 ４１ 卷
有限的空间内呈现 宽 范 围 的 图 像 效 果，它 可 以 单 独 安装在汽 车 的 尾 部 成 为 倒 车 可 视 系 统 的 视 频 传 感 器 ，它 比 现 有 的 车 载 视 频 传 感 器 有 更 为 宽 阔 、清 晰 的 可视效果。同时，车 载 全 景 成 像 系 统 也 可 以 是 车 载 全景辅助泊车系统 的 子 系 统，作 为 车 载 全 景 辅 助 泊 车系统的前端视频 传 感 器，它 可 安 装 在 车 身 前 后 左 右，对车身周围３６０°进 行 实 时 多 路 视 频 图 像 采 集 并 通过车载全景辅助泊车系统处理得到一幅包括车辆 周边路面情况的车身俯视图 。 ［２］ 该系统可以在 车 内 无死角观察汽车周 边 情 况，有 效 消 除 了 车 辆 四 周 的 视 觉 盲 区 ，减 少 由 视 觉 盲 区 造 成 的 交 通 事 故 。