專利名稱：一種圖像傳感同步方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字同步電路，具體涉及一種圖像傳感同步方法及其 電路。
背景技術(shù)：
在圖像處理中，第一步，圖像傳感，可以是接觸式圖像傳感器(C1S 傳感器)；第二步，進行模/數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換；第三步，從模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 中獲取數(shù)據(jù)，第四步，由微處理器(CPU)進行處理。目前，由于ADC 是并行總線，常規(guī)接法是將ADC接到CPU的數(shù)據(jù)總線上，并為ADC 片選分配一個地址空間，CPU訪問該空間即可訪問到該ADC。但是由 于圖像傳感器掃描輸出的信號是連續(xù)的，信號AD轉(zhuǎn)換也是連續(xù)的， 當(dāng)采樣率比較高時，ADC連續(xù)輸出的數(shù)據(jù)速率也比較高，用軟件反復(fù) 地操作總線讀取的方式非常容易丟失像素數(shù)據(jù)，導(dǎo)致所采集得到的圖 像數(shù)據(jù)不全而使圖像部分內(nèi)容缺失，使后續(xù)的圖像處理和文本識別 (OCR)出現(xiàn)錯誤。本發(fā)明申請人在先申請的中國實用新型專利"一 種連接電路"采用CPU的攝像頭接口 ( CIM )來讀取ADC的大批量
存在丟失像素數(shù)據(jù)的情況，但這種電路還需要進行嚴(yán)格同步，才不會 造成信號或者數(shù)據(jù)錯誤或損失
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，如何提供一種圖像傳感同步方法 及其電路，能滿足圖像信號處理和傳輸需要，保障能夠采用CPU的^聶
像頭接口 (CIM)讀取ADC電路形式。
本發(fā)明的第 一個技術(shù)問題這樣解決構(gòu)建一種圖像傳感同步方法， 包括以下步驟
1.1) 根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)位長和微處理器攝像頭接口存儲 器直接訪問(DMA)位長計算分頻值；
1.2) 將系統(tǒng)時鐘提供給所述微處理器并按所述分頻值需要分頻 后提供或直接提供給圖像傳感器和所迷模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
按照本發(fā)明提供的圖像傳感同步方法，該方法還包括比較所述圖 像傳感器行起始信號和分頻后的系統(tǒng)時鐘使所述圖像傳感器輸出模擬 信號與在所述分頻后的系統(tǒng)時鐘控制下工作的所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收所 述模擬信號同步。
按照本發(fā)明提供的圖像傳感同步方法，該方法還包括所述分頻器 另外還提供一路與所述分頻后的系統(tǒng)時鐘頻率相同、相位相反的輸出 時鐘，使在所述輸出時鐘控制和所述DMA位長限制下工作的所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)與在所述系統(tǒng)時鐘控制下工作的所述微處理器接收所 述輸出數(shù)據(jù)同步。
按照本發(fā)明提供的圖像傳感同步方法，該方法還包括比較所述攝 像頭接口定義的行同步信號和分頻后的系統(tǒng)時鐘使該行同步信號與所 述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)同步。
按照本發(fā)明提供的圖像傳感同步方法，所述系統(tǒng)時鐘由所述微處 理器主時鐘提供，所述微處理器還包括脈沖寬度調(diào)制(PWM)模塊， 該模塊提供所述攝像頭接口定義的行同步信號和幀同步信號。按照本發(fā)明提供的圖像傳感同步方法，包括但不限制于以下兩種
具體形式
(-)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)位長是16,所述微處理器攝像頭接口 DMA位長是8，所述分頻值是2，所述分頻通過二分頻器進行分頻。
(二)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)位長是16,所述微處理器攝像頭接口 DMA位長是16,所述分頻值是1,所述分頻是直接提供所述系統(tǒng)時鐘。
本發(fā)明的另 一個技術(shù)問題這樣解決構(gòu)建一種圖像傳感同步電路， 與圖像傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器攝像頭接口連接，包括連接所 述微處理器攝像頭接口的系統(tǒng)時鐘單元、連接所述圖像傳感器和模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的分頻器、連接所述圖像傳感器的圖像傳感器行起始信號發(fā)生 單元、連接所述微處理器攝像頭接口的行同步信號發(fā)生單元和通過信 號同步單元連接所述微處理器攝像頭接口的幀同步信號發(fā)生單元；所 述系統(tǒng)時鐘單元連接分頻器，所述分頻器還連接所述信號同步單元。
按照本發(fā)明提供的圖像傳感同步電路，所述分頻器是二分頻器， 所述信號同步單元是用于信號對齊的觸發(fā)器。
按照本發(fā)明提供的圖像傳感同步電路，所述系統(tǒng)時鐘單元是所述 微處理器主時鐘模塊，各所述信號發(fā)生單元內(nèi)置于所述微處理器脈沖 寬度調(diào)制模塊。
本發(fā)明提供的圖像傳感同步方法及其電路，釆用分頻使ADC主動 輸出與微處理器讀取同步，保障DMA方式的數(shù)據(jù)傳輸，這樣保障CIM 通過DMA方式被動地接收從ADC傳過來的數(shù)據(jù)，較現(xiàn)有的并行總線 方式不存在丟失像素數(shù)據(jù)的情況。


下面結(jié)合附圖和具體實施例進一 步對本發(fā)明進行詳細說明。
圖1是本發(fā)明具體實施例電路原理示意圖2是圖1所示電路中各時鐘信號時序示意圖。
具體實施例方式
首先，簡單說明本發(fā)明具體實施例的手持掃描設(shè)備，其工作原理
1. 傳動輪工作時壓著紙面，觸動內(nèi)部開關(guān)，通知MCU開始工作于 掃描狀態(tài)。同時此輪還用于在掃描的時候固定方向，防止掃描的時候 上下晃動。
2. 內(nèi)部開關(guān)觸發(fā)MCU進入掃描工作，MCU打開掃描所需的模塊 的電源，并初始化MCU的內(nèi)部寄存器，MCU輸出掃描時所需要的方 波信號，供CIS和ADC工作。同時初始化外部設(shè)備，整機進入掃描狀 態(tài)。
3. 齒輪模組，在掃描頭移動時，傳動輪與紙面壓緊，掃描時齒輪 模組由傳動輪帶動，末端的齒輪位于凹槽型光耦內(nèi)，每一個齒阻擋一 次光路時，光耦向CPU發(fā)送一次觸發(fā)信號。
4. MCU接到觸發(fā)信號后從CIS信號處理器ADC讀取一行或多行 CIS采集到的該位置的一行或多行數(shù)據(jù)。
5. ADC把CIS輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳送給MCU。 其中CIS掃描、ADC模/數(shù)轉(zhuǎn)換和MCU從ADC讀取數(shù)據(jù)需要
同步工作以免實時工作時丟失數(shù)據(jù)，如圖1所示，本發(fā)明具體實施例 中，ADC輸出16位像點數(shù)據(jù)(高8位和低8位)，采用8位DMA與 微處理器的CIM進行數(shù)據(jù)傳輸，采用雙D型觸發(fā)器74HC74,其中1 個D型觸發(fā)器作為二分頻器，1個用于信號對齊，該微處理器還帶有PWM模塊，用于產(chǎn)生CIM定義的行同步信號、CIM定義的幀同步信 號和圖像傳感器的行起始信號。
如圖2所示，該電路的具體工作原理是
1、 CIS為接觸式圖像傳感器，該傳感器為線形傳感器，能將位于 傳感器下面的一行灰度變化通過感應(yīng)后輸出模擬的電壓信號，較亮的 地方輸出的對應(yīng)電壓較高，較暗的地方輸出的對應(yīng)電壓較低，通過串 行方式，將一行變化的灰度轉(zhuǎn)換成變化的電壓輸出。ADCCLK為時鐘 信號，PWM2 (Sl)為行起始信號，輸出為模擬電壓信號。
2、 CIS信號處理ADC,是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將CIS 輸出的SIG信號進行實時轉(zhuǎn)換，延遲(延遲三個像素時鐘)輸出。該 型號ADC，每一個像素的數(shù)據(jù)為16位，用高8位和低8位表示， ADCCLK的高電平時輸出高8位，低電平時輸出低8位。
基于此，我們用微處理器的CMOS/CCD攝像頭模組接口來讀取 ADC的數(shù)據(jù)，需要將讀取時鐘頻率比A/D轉(zhuǎn)換時鐘提高一倍，所以在 系統(tǒng)中將PCLK二分頻后4是供給A/D轉(zhuǎn)換時鐘信號和A/D采樣時鐘信 號，而且A/D采樣時鐘與A/D轉(zhuǎn)換時鐘信號的相位相反。用74HC74 (雙D觸發(fā)器)其中的一個D觸發(fā)器連接成二分頻的電路，為A/D采 樣及轉(zhuǎn)換提供時鐘信號。
3、 CIM傳輸
CIM為CMOS/CCD i勤象頭才莫組4妾口，該4妄口工作于YUV傳輸沖莫 式，ADC輸出的數(shù)據(jù)時是在ADCCLK的穩(wěn)定電平的中間處，而CIM 的輸入是在PCLK的邊緣，這時，電路74HC74雙D觸發(fā)器的其中一 個D觸發(fā)器將PCLK進行二分頻即可，因為74HC74的狀態(tài)變化發(fā)生在時鐘信號的上升沿，在時鐘信號的下降沿階段，正好對準(zhǔn)ADCCLK 的穩(wěn)定電平期間。
4、行、幀同步信號產(chǎn)生
CIM工作時需要有行同步信號(HSYNC )和幀同步信號 (VS丫NC ),用CPU的PW0和PWM1來產(chǎn)生，然后接到CIM接口 。 這里，與CMOS攝像頭的輸出非常近似的信號就具備了，只是這里的 每一幀信號里只有一行的像素而已。主時鐘信號由微處理器的MCLK 輸出，接至iJPCLK, PCLK經(jīng)二分頻后分別地送給ADC和CIS。
5、 行同步信號與ADCCLK的信號邊沿對齊處理 實際應(yīng)用中，微處理器的定時器產(chǎn)生的PWM信號，由于誤差關(guān)
系，其邊沿不是非常嚴(yán)格的對齊，也就是HSYNC變?yōu)橛行Ш?，PCLK 的下降沿讀取ADC的第一個數(shù)據(jù)，不是非常準(zhǔn)確地對準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換時 鐘的高電平，如何解決呢？根據(jù)D觸發(fā)器的真值表可得，Q端的輸出 電平產(chǎn)生變化是在時鐘信號的上升沿，Q=D,所以將A/D轉(zhuǎn)換時鐘信 號接到D觸發(fā)器的時鐘信號輸入端，PWM1產(chǎn)生的信號連接到D端， 則D觸發(fā)器的Q端信號必然與A/D轉(zhuǎn)換時鐘的上升沿對齊了 。利用 74HC74的另一個D觸發(fā)器。連接示意圖如下所示。
6、 CIM讀取ADC:
微處理器有攝像頭接口 ，適用于普通攝像頭與CPU之間的信號傳 輸，現(xiàn)在本機器最獨特的用法是用攝像頭接口來讀取ADC的批量數(shù)據(jù)。 由于ADC是并行總線，常規(guī)接法是應(yīng)當(dāng)接到微處理器的數(shù)據(jù)總線上， 并為ADC片選分配一個地址空間，微處理器訪問該空間即可訪問到該 ADC。但是由于CIS掃描輸出的信號是連續(xù)的，信號AD轉(zhuǎn)換也是連 續(xù)的，用軟件反復(fù)地操作總線讀取的方式非常容易丟失像素數(shù)據(jù)，導(dǎo) 致所采集得到的圖像數(shù)據(jù)不全而使圖像部分內(nèi)容缺失，使后續(xù)的圖像
9處理和文本識別(OCR)出現(xiàn)錯誤。因此，用攝像頭模塊的接口來讀 取ADC的大批量數(shù)據(jù)是比較理想的，而且CIM模塊被動地接收從ADC 傳過來的數(shù)據(jù)，不存在丟失像素數(shù)據(jù)的情況。
CIM模組讀取ADC的數(shù)據(jù)是通過CPU的DMA模式，CIM的 BUFFER中的數(shù)據(jù)永遠是最新的。當(dāng)傳動輪轉(zhuǎn)過一定角度，也就是掃 描頭移動了一定距離后，光耦的光路被齒輪的一個齒阻擋一次，所產(chǎn) 生的方波信號觸發(fā)CPU讀取一次CIM中的緩沖區(qū)，如此反復(fù)地，光 耦產(chǎn)生一次脈沖讀取一行。就可以將CIS所掃描過的數(shù)據(jù)全部讀出來。 如此，每個英寸產(chǎn)生的中斷有N個，每個中斷取M個數(shù)據(jù)，也就有N x M個數(shù)據(jù)提供給程序進行圖像拼接使用。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所 做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1、一種圖像傳感同步方法，其特征在于，包括以下步驟1.1)根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)位長和微處理器攝像頭接口存儲器直接訪問位長計算分頻值；1.2)將系統(tǒng)時鐘提供給所述微處理器并按所述分頻值需要分頻后提供或直接提供給圖像傳感器和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像傳感同步方法，其特征在于，該方法 還包括比較所述圖像傳感器行起始信號和分頻后的系統(tǒng)時鐘使所述圖 像傳感器輸出模擬信號與在所述分頻后的系統(tǒng)時鐘控制下工作的所述 模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收所述模擬信號同步。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述圖像傳感同步方法，其特征在于，該 方法還包括所述分頻器另外還提供一路與所述分頻后的系統(tǒng)時鐘頻率 相同、相位相反的輸出時鐘，使在所述輸出時鐘控制和所述存儲器直 接訪問位長限制下工作的所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)與在所述系統(tǒng)時鐘 控制下工作的所述微處理器接收所述輸出數(shù)據(jù)同步。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像傳感同步方法，其特征在于，該方法 還包括比較所述攝像頭接口定義的行同步信號和分頻后的系統(tǒng)時鐘使 該^f亍同步信號與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)同步。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像傳感同步方法，其特征在于，所述系 統(tǒng)時鐘由所述微處理器主時鐘提供，所述微處理器還包括脈沖寬度調(diào) 制模塊，該模塊提供所述攝像頭接口定義的行同步信號和幀同步信號。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像傳感同步方法及其電路，其特;f正在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)位長是16,所述微處理器攝像頭接口存儲器 直接訪問位長是8，所述分頻值是2，所述分頻通過二分頻器進4于分頻。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像傳感同步方法及其電路，其特征在于， 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)位長是16,所述微處理器攝像頭接口存儲器 直接訪問位長是16,所述分頻值是1，所述分頻是直接提供所述系統(tǒng) 時鐘。
8、 一種圖像傳感同步電路，與圖像傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理 器攝像頭接口連接，其特征在于，包括連接所述微處理器攝像頭接口 的系統(tǒng)時鐘單元、連接所述圖像傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分頻器、連接 所述圖像傳感器的圖像傳感器行起始信號發(fā)生單元、連接所述微處理 器攝像頭接口的行同步信號發(fā)生單元和通過信號同步單元連接所述微 處理器攝像頭接口的幀同步信號發(fā)生單元；所述系統(tǒng)時鐘單元連接分 頻器，所述分頻器還連接所述信號同步單元。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像傳感同步電路，其特征在于，所述分 頻器是二分頻器，所述信號同步單元是用于信號對齊的觸發(fā)器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述圖像傳感同步方法及其電路，其特征在 于，所述系統(tǒng)時鐘單元是所述微處理器主時鐘模塊，各所述信號發(fā)生 單元內(nèi)置于所述微處理器脈沖寬度調(diào)制模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感同步方法及其電路，其中同步方法包括預(yù)先根據(jù)ADC輸出數(shù)據(jù)位長和CPU攝像頭接口DMA位長計算分頻值，再將系統(tǒng)時鐘提供給CPU并按所述分頻值需要分頻后或直接提供給圖像傳感器和ADC；同步電路包括系統(tǒng)時鐘、分頻器和PWM信號發(fā)生單元。這種圖像傳感同步方法及其電路，保障DMA方式的圖像傳感數(shù)據(jù)傳輸，較現(xiàn)有的并行總線方式不存在丟失像素數(shù)據(jù)的情況。
文檔編號H04N1/03GK101610339SQ200910108910
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者楊昊民, 邱光益 申請人:東莞市步步高教育電子產(chǎn)品有限公司