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图1 CMOS图像采集系统原理框图

　　系统设计的主要任务是：①通过11位拨码开关对CMOS芯片引脚输入信号的高低进行控制，设置CMOS图像传感器芯片的工作状态。②用MC78L05稳压电路为系统提供稳定的工作电源和电平设置。③光电接口镜片的选择和光电接口的设计。④整机调试。检测芯片是否正常工作，是否有图像输出，图像是否清晰，功能是否正常。⑤调节芯片的拨码控制电路，由拨码开关的不同组合得到相应的图像并比较，找出最清晰的图像，从而确定处于芯片工作时的最优电平设置。

　　（1）图像传感芯片

　　为了找到一款合适的CMOS传感器芯片，我们对几款不同的CMOS图像传感芯片进行分析和比较。经过性能和价格的比较之后我们选择OV5116P型CMOS图像传感器作为系统的核心。OV5116P是OmniVision公司生产的较为典型的CMOS图像传感器模块。芯片阵列大小为352×288（PAL），有效光敏面为312×215像素，电源是5 V（DC），28个引脚的PLCC型封装，其引脚设置如图2所示。

　　图2 OV5116P芯片引脚设置

　　芯片的主要性能特点：1／4英寸（1英寸＝2．54 cm）的单芯片视频图像传感器；可选择图像的镜像输出；红外感光灵敏度高，夜间应用可达到高分辨率；有自动和手动背光照明补偿模式；支持外部帧同步信号输入；芯片工作时的功耗只有40 mW；提供数据的采集接口；可选择的边缘增强处理功能；可直接输出黑白视频信号；输出可驱动一个75Ω的显示设备。

　　（2）光电接口

　　设计光电接口时，像差计算按反相光路进行，即把CMOS光靶面的对角线尺寸作为物，显微物镜成的一次像作为像。作为摄录接口，它必须校正场曲，使整个视场范围内得到同样清晰的像。摄录接口的实质是针对CMOS光靶尺寸按照传统摄影目镜的设计思路进行，即由观察目镜“离焦”而构成。

　　一般有“双胶＋场镜”的形式，正负接口两种方式。一种是开涅尔目镜“离焦”形式摄录正接口，对垂轴色差较小；另一种是具有胶合面的惠更斯型补偿目镜“离焦”形式摄录负接口，对补偿垂轴色差有利。这里采用摄录负接口的形式。表是摄录接口的常用标准成像尺寸。

　　表 接口常用标准成像尺寸

　　光电接口的尺寸应注意国际通用性。与摄像机连接部分采用国际通用的C接口安装方式，即安装部件采用英制螺纹1'x1／32″连接，座装面到光靶面距离是11.526 mm。

　　（3）镜头的选择

　　镜头是整个图像采集系统能否清晰成像的关键。

　　①设计镜头时应注意靶面的尺寸应与CMOS图像传感器的尺寸相一致，镜头的相对孔径F值一般为1.6＜F＜2.2，如果使用相对孔径小的镜头（如F≥2.8），会导致图像信噪比的下降。

　　②选择镜头时，可以将镜头对准一张白纸，图像没有黑角或暗角为好。

　　③红外截至镀膜镜头的通光量要比外加红外截至滤光片的镜头大，因此优先选用红外截至镀膜镜头。

　　（4）显示器

　　如果是针对于经济型的应用，只需要将物体在屏幕上显示出来，对物体的情况需要定性了解而不是定量了解的情况下，一般有视频输入接口的电视就可以达到我们的要求了，在这里我们可以选用一台15英寸的黑白电视机来显示所采集到的图像信号。

　　需要采集和保存图像的场合，则需要使用计算机和图像采集卡。