CN104270554A - 一种高清cmos内窥镜的摄像头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高清CMOS内窥镜的摄像头，包括图像传感器、***时序电路、LVDS编码电路、供电电源及SCCB控制信号，***时序电路输出端连接图像传感器的输入端，图像传感器的输出端连接LVDS编码电路输入端，LVDS编码电路输出端将信号输出，SCCB控制信号输入图像传感器，供电单元分别电性连接图像传感器、***时序电路及LVDS编码电路。采用分辨率高达720P的CMOS传感器，帧率可达30fps，减小了摄像头的体积，提高像素，采用LVDS编码技术输出视频信号进行编码，提高分辨率、增加了传输距离，开放摄像头控制接口，使得后端处理芯片可设置摄像头的曝光模式，解决了观测金属物体是遇到反光问题。

Description

一种高清CMOS内窥镜的摄像头

技术领域

本发明属于内窥镜领域，尤其涉及一种高清CMOS内窥镜的摄像头。 

背景技术

内窥镜摄像头传感器有两种类型，一种是CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合器件），一种是CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）。目前市场上的720P高清内窥镜摄像头都是采用CCD传感器，摄像头的体积较大，很大程度上增加了探测端的尺寸，使得内窥镜难以在狭小的空间里应用。而现在流行的CMOS内窥镜摄像头像素都在44万以下，像素太低，难以观测目标表面的细节，影响内窥镜使用者对故障的诊断。除了像素不足的缺点，传统的CMOS内窥镜摄像头曝光模式、白平衡等参数不可调，观测金属等易反光被测物时往往过曝，直接影响了图像质量。 

为了应对复杂的工业环境，摄像头除了满足高清图像采集之外，还需要解决高清视频信号传输的问题。市面上内窥镜摄像头大部分是直接输出AV视频信号，而AV视频信号抗干扰能力较强且数据量只有720P摄像头的四分之一，因此视频信号的传输问题较容易解决。但百万高清CMOS摄像头传输的是高速的并行数字图像信号，所传数据量大且数字信号的抗干扰能力弱。为了解决高清模组图像数据的传输问题， 

现有内窥镜摄像头体积较大，电源及数据传输线较多，要将CMOS图像传感器和LVDS编码封装在直径小于7mm的内窥镜探测端装配难度较大，分辨率低、传输距离近及观测金属物体遇到反光的问题。

发明内容

本发明提供一种高清CMOS内窥镜的摄像头，旨在解决现有内窥镜摄像头体积较大，电源及数据传输线较多，要将CMOS图像传感器和LVDS编码封装在直径小于7mm的内窥镜探测端装配难度较大，分辨率低、传输距离近及观测金属物体遇到反光的问题。 

本发明是这样实现的，一种高清CMOS内窥镜的摄像头，该摄像头包括图像传感器、***时序电路、LVDS编码电路、供电电源及SCCB控制信号，所述***时序电路输出端连接所述图像传感器的输入端，所述图像传感器的输出端连接所述LVDS编码电路输入端，所述LVDS编码电路输出端将信号输出，所述SCCB控制信号输入所述图像传感器，所述供电单元分别电性连接所述图像传感器、***时序电路及LVDS编码电路。 

本发明的进一步技术方案是：所述图像传感器采用分辨率720P的CMOS图像传感器。 

本发明的进一步技术方案是：所述CMOS图像传感器数据传输格式为8bit RAW RGB，帧率为30fps,视频带宽为140.6Mbps。 

本发明的进一步技术方案是：所述LVDS编码电路输入信号为像素时钟信号PCLK、场同步信号VSYNC、行同步信号HREF及视频信号D[0,7]，输出信号为差分信号DATA+、DATA-。 

本发明的进一步技术方案是：所述LVDS编码电路采用支持10位并行数据的输入，***时钟输入为16 MHz~45 MHz,传输速率高达450 Mbps。 

本发明的进一步技术方案是：所述***时序电路采用OSC240有源晶振，频率为24.576 MHz，数据传输速率240Mbps。 

本发明的有益效果是：采用了分辨率高达720P的CMOS传感器，帧率可达30fps，减小了摄像头的体积，提高了像素，采用LVDS编码技术输出视频信号进行编码，提高分辨率、增加了传输距离，开放了摄像头控制接口，使得后端处理芯片可设置摄像头的曝光模式，解决了观测金属物体是遇到反光问题。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的摄像头结构框图； 

图2是本发明实施例提供的CMOS***电路结构图；

图3是本发明实施例提供的LVDS点对点拓扑示意图；

图4是本发明实施例提供的CMOS图像传感器和编码芯片接口示意图;

图5是本发明实施例提供的CMOS图像传感器芯片接口的接线示意图。

具体实施方式

图1示出了本发明提供的高清CMOS内窥镜的摄像头，该摄像头包括图像传感器、***时序电路、LVDS编码电路、供电电源及SCCB控制信号，所述***时序电路输出端连接所述图像传感器的输入端，所述图像传感器的输出端连接所述LVDS编码电路输入端，所述LVDS编码电路输出端将信号输出，所述SCCB控制信号输入所述图像传感器，所述供电单元分别电性连接所述图像传感器、***时序电路及LVDS编码电路。采用了分辨率高达720P的CMOS传感器，帧率可达30fps，减小了摄像头的体积，提高了像素，采用LVDS编码技术输出视频信号进行编码，提高分辨率、增加了传输距离，开放了摄像头控制接口，使得后端处理芯片可设置摄像头的曝光模式，解决了观测金属物体是遇到反光问题。 

所述图像传感器采用分辨率720P的CMOS图像传感器。 

所述CMOS图像传感器数据传输格式为8bit RAW RGB，帧率为30fps,视频带宽为140.6Mbps。 

所述LVDS编码电路输入信号为像素时钟信号PCLK、场同步信号VSYNC、行同步信号HREF及视频信号D[0,7]，输出信号为差分信号DATA+、DATA-。 

所述LVDS编码电路采用支持10位并行数据的输入，***时钟输入为16 MHz~45 MHz,传输速率高达450 Mbps。 

所述***时序电路采用OSC240有源晶振，其频率为24.576 MHz，封装尺寸为3mm*2mm。 

所述CMOS图像传感器采用的是Omnivision公司的OV9660芯片。 

所述LVDS编码电路采用了Maxim公司的MAX9235芯片，其数据传输速率高达240 Mhz。 

一种720P分辨率，帧率达30fps，直径小于6.2mm的CMOS工业内窥镜摄像头。为满足大部分工业环境的应用，摄像头的传输距离长达10米以上。整个摄像模组包括了CMOS图像传感器、***时序电路、LVDS编码电路、电源信号和SCCB控制信号等。 

CMOS图像传感器只有在相适应的***硬件电路、在传感器相应的寄存器被设置的情况下才能正常工作,如图2所示，为***电路的结构图,包括时钟电路、电源、数字图像输出接口、SCCB (即I2C)总线接口等。 

CMOS图像传感器需要的电压信号为:1,模拟电压输入AVDD; 2,为数字输出接口供电的DOVDD。靠近电源接入引脚附近增加了去耦电容,芯片的数字和模拟内部参考电压通过相应的引脚由0.1μF电容连接到数字地和模拟地。依据图像传感器的要求,外部时钟输入为24Mhz,所选用封装集成度较高的时钟芯片,封装尺寸为3.0 mm X 2.0 mm,时钟信号输出后接入图像传感器的XVCLK引脚。视频信号输出包括了像素时钟信号PCLK、场同步信号VSYNC、行同步信号HREF和视频信号D[0,7],将这些信号输入到LVDS编码芯片,LVDS编码芯片将信号编码成LVDS信号并从模组中输出,。图像传感器的工作模式及芯片自带的图像处理功能均由SCCB接口进行控制, 数据线SOID和时钟线SOIC直接从模组引出,通过电缆由后端进行配置。 

如图3所示，LVDS(Low Voltage Differential Signal )即低压差分信号技术具备了差分信号技术的优点。 LVDS驱动器里含一个3.5mA的电流源,接收器的输入阻抗非常高,在lOOΩ的终端电阻的两端产生350 mV的压降,因此LVDS适用于低电压***。经过LVDS编码后原来11根导线就可以简化为一对双绞线就可以实现传输。CMOS图像传感器分辨率为1280x800，数据传输格式为8bit RAW RGB，帧率为30fps视频带宽为140.6Mbps。对于高清内窥镜来说,整个***是一个摄像装置对应一个图像处理***,采用点对点的布置方式,如图3所示,首先将并行视频数据信号转换成串行数据流,经电缆传输后再进行解串,因此就需要用到编码和解码芯片。根据以上要求,我们选择了10位LVDS编码和解码芯片。编码芯片可以支持10位并行数据的输入,芯片***时钟输入范围是16 MHz~45 MHz,其数据传输速率高达450 Mbps。将频率为24 .576MHz的像素时钟PCLK作为编码芯片的时钟,其数据传输速率可达240 Mhz,大于视频带宽140.6 Mbz,满足要求。 

如图4所示，为CMOS图像传感器和编码芯片接口示意图,传感器输出的同步信号和并行数据依次从高位到低位接入编码芯片的10位并行输入接口,像素时钟PCLK作为编码芯片的***时钟。LVDS信号经过PCB导线再经双绞线进入到后端进行处理。 

如图5所示，芯片U1的VREFH接脚经电容C4接地，芯片U1的VREFN接脚经电容C5接地，芯片U1的D8接脚空置，芯片U1的 D6接脚连接芯片U2的IN6接脚，芯片U1的D7接脚连接芯片U2的IN7接脚，芯片U1的AGND接脚经电容C3连接接线端子P1的第6脚，同时芯片U1的AGND接脚还接地，芯片U1的AVDD接脚连接接线端子P1的第6脚，芯片U1的D4接脚连接芯片U2的IN4接脚，芯片U1的D5接脚连接芯片U2的IN5接脚，芯片U1的D2接脚连接芯片U2的IN2接脚，芯片U1的D3接脚连接芯片U2的IN接脚，芯片U1的SIOC接脚连接接线端子P1的第3脚，芯片U1的SIOD接脚连接接线端子P1的第4脚，芯片U1的D0/STRB接脚连接芯片U2的IN0接脚，芯片U1的D1接脚连接芯片U2的IN0接脚，芯片U1的XVCLK接脚连接晶振U3的OUT接脚，芯片U1的VREFD接脚连接接线端子P1的第9脚，芯片U1的VSYNC接脚连接芯片U2的IN8接脚，芯片U1的DOGND接脚经电容C2连接接线端子P1的第8脚，芯片U1的DOGND接脚经电容C1连接接线端子P1的第9脚，芯片U1的DOGND接脚还接地，芯片U1的DOVDD接脚连接接线端子P1的第8脚，芯片U1的VREFD接脚连接接线端子P1的第9脚，芯片U1的PCLK接脚连接芯片U2的TCLK接脚，芯片U1的HREF接脚连接芯片U2的IN9接脚，芯片U2的VCC接脚连接接线端子P1的第7脚，芯片U2的GND接脚连接接线端子P1的第5脚，芯片U2的OUT+接脚连接接线端子P1的第1脚，芯片U2的OUT-接脚连接端子P1的第2脚，芯片U2的GND接脚连接接线端子P1的第5脚，晶振U3的GND接脚接地，晶振U3的EN、VCC接脚分别连接接线端子P1的第7脚。芯片U1采用的是Omnivision公司的OV9660芯片，芯片2采用的是Maxim公司的MAX9235芯片，晶振U3采用的是OSC240有源晶振。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种高清CMOS内窥镜的摄像头，其特征在于：该摄像头包括图像传感器、***时序电路、LVDS编码电路、供电电源及SCCB控制信号，所述***时序电路输出端连接所述图像传感器的输入端，所述图像传感器的输出端连接所述LVDS编码电路输入端，所述LVDS编码电路输出端将信号输出，所述SCCB控制信号输入所述图像传感器，所述供电单元分别电性连接所述图像传感器、***时序电路及LVDS编码电路。

2.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于，所述图像传感器采用分辨率720P的CMOS图像传感器。

3.根据权利要求2所述的摄像头，其特征在于，所述CMOS图像传感器数据传输格式为8bit RAW RGB，帧率为30fps,视频带宽为140.6Mbps。

4.根据权利要求3所述的摄像头，其特征在于，所述LVDS编码电路输入信号为像素时钟信号PCLK、场同步信号VSYNC、行同步信号HREF及视频信号D[0,7]，输出信号为差分信号DATA+、DATA-。

5.根据权利要求4所述的摄像头，其特征在于，所述LVDS编码电路采用支持10位并行数据的输入，***时钟输入为16 MHz~45 MHz,传输速率高达450 Mbps。

6.根据权利要求4所述的摄像头，其特征在于，所述***时序电路采用OSC240有源晶振，频率为24.576 MHz，数据传输速率240Mbps。