??? 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(cè)試圖像的輸出，同時(shí)還可以對(duì)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(jiǎn)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(chǎng)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(hào)控制,，即外部觸發(fā)信號(hào)的高電平階段為暴光時(shí)間,，外部觸發(fā)信號(hào)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(duì)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(cè)試模式，1M60相機(jī)有多達(dá)15種視頻輸出測(cè)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(hào),，Error Massage表示對(duì)錯(cuò)誤的具體說明,。相機(jī)的應(yīng)答字符串以符號(hào)>作為結(jié)束符。這里不對(duì)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(hào)及相機(jī)控制信號(hào)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(hào)、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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)。
2.2 相機(jī)信號(hào)
??? 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(hào)：
?? (1)相機(jī)控制信號(hào)
??? Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)共規(guī)定了四個(gè)相機(jī)控制信號(hào):CC1,、CC2、CC3,、CC4,。1M60相機(jī)僅使用了其中的CC1控制信號(hào)，用作外部觸發(fā)信號(hào)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(hào)由此引腳輸入,。1M60相機(jī)雖然沒有使用CC2、CC3,、CC4控制信號(hào),，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(hào)
??? 1M60相機(jī)共有四個(gè)視頻數(shù)據(jù)控制信號(hào)：幀有效信號(hào),、行有效信號(hào),、數(shù)據(jù)有效信號(hào)和一個(gè)備用信號(hào)。這四個(gè)信號(hào)的作用是：當(dāng)幀有效信號(hào)為高時(shí)輸出有效行,；當(dāng)行有效信號(hào)為高時(shí)輸出有效圖像數(shù)據(jù),；數(shù)據(jù)有效信號(hào)是Camera Link總線標(biāo)準(zhǔn)為了兼容沒有時(shí)鐘信號(hào)輸出的低速數(shù)字相機(jī)而規(guī)定的,，1M60相機(jī)中該信號(hào)始終為高電平,；備用信號(hào)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(hào)對(duì)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(duì)。
??? ±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(duì),。
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(hào)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(hào)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(hào)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(duì)差分信號(hào)（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(hào)、LVAL信號(hào),、DVAL信號(hào),、Spare信號(hào)以及1M60相機(jī)圖像數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘信號(hào)（即圖5中的CLKOUT信號(hào)）。
??? (3)為了對(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS差分信號(hào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為CMOS信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器,。其他沒用的信號(hào)沒有連接。
??? 使用1M60相機(jī)的圖像處理系統(tǒng)相對(duì)于使用模擬信號(hào)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(hào)與數(shù)字信號(hào)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(duì)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(jiǎn)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(duì)比度的圖像處理場(chǎng)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。
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[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.