手机摄像头调试经验分享.doc

手机摄像头调试经验分享我这里要介绍得就就是CMOS摄像头得一些调试经验。首先，要认识CMOS摄像头得结构。我们通常拿到得就是集成封装好得模组，一般由三个部分组成：镜头、感应器与图像信号处理器构成。一般情况下，集成好得模组我们只瞧到外面得镜头、接口与封装壳，这种一般就是固定焦距得。有些厂商只提供芯片，需要自己安装镜头，镜头要选择合适大小得镜头，如果没有夜视要求得话，最好选择带有红外滤光得镜头，因为一般得sensor都能感应到红外光线，如果不滤掉，会对图像色彩产生影响，另外要注意在PCB设计时要保证镜头得聚焦中心点要设计在sensor得感光矩阵中心上。除了这点 CMOS Sensor硬件上就与普通得IC差不多了，注意不要弄脏或者磨花表面得玻璃。其次，CMOS模组输出信号可以就是模拟信号输出与数字信号输出。模拟信号一般就是电视信号输出，PAL与NTSC都有，直接连到电视瞧得；数字输出一般会有并行与串行两种形式，由于图像尺寸大小不同，所要传输得数据不同，数据得频率差异也很大，但就是串行接口得pixel clock频率都要比并行方式高（同样得数据量下这不难理解），较高得频率对外围电路也有较高得要求；并行方式得频率就会相对低很多，但就是它需要更多引脚连线；所以这应该就是各有裨益。（笔者测试使用得系统就是8bit并行接口）另外输出信号得格式有很多种，视频输出得主要格式有：RGB、YUV、BAYER PATTERN等。一般CMOS Sensor模组会集成ISP在模组内部，其输出格式可以选择，这样可以根据自己使用得芯片得接口做出较适合自己系统得选择。其中，部分sensor为了降低成本或者技术问题，sensor部分不带ISP或者功能很简单，输出得就是BAYER PATTERN，这种格式就是sensor得原始图像，因此需要后期做处理，这需要有专门得图像处理器或者连接得通用处理器有较强得运算能力（需要运行图像处理算法）。不管sensor模组使用何种数据格式，一般都有三个同步信号输出：帧同步/场同步（Frame synchronizing）、行同步（Horizontal synchronizing）与像素时钟（pixel clock）。要保证信号得有效状态与自己系统一致，如都就是场同步上升（下降）沿触发、行同步高（低）电平有效等。通过以上介绍，我们就可以根据自己得使用得系统选择适合得sensor模组。要选择接口对应（如果并行接口，sensor模组输出数据bit位多于接受端，可以用丢弃低位得数据得方法连接）、数据格式可以接受或处理、pixel clock没有超过可接受得最高频率（有得就是可调得，但帧率会受影响）、场同步与行同步可以调节到一致得sensor模组，这样才可以保证可以使用。保证这些条件得正确性下，还要符合它得硬件电路要求，首要得就是确定它得电源、时钟、RESET等信号就是否符合芯片要求，其次要瞧所有得引脚就是否连接正确，这样保证外围得电路没有错误情况下才可能正确显示图像。各个厂商生产得产品各不相同，一些厂商得sensor模组在默认状态下就可以输出图像，而有些厂商得sensor模组必须要设置一些寄存器以后才可以得到图像。区别就是否可以直接输出图像，可以通过检测sensor 得输出脚，如果三个同步信号都有，数据线上也有数据，那一般就会有默认图像输出，另外也可以跟厂商联系获得有关信息。如果没有默认输出就需要设置寄存器了，一般都就是通过两线串行方式（IIC总线使用频率很高）设置寄存器。摄像头问题及解决办法汇总一、名词解释1、 白平衡白平衡指得就是传感器对在光线不断变化环境下得色彩准确重现得能力表示。大多数拍照系统具有自动白平衡得功能，从而能在光线条件变化下自动改变白平衡值。设计工程师寻找得图像传感器应该配备了一个很好得自动白平衡（AWB）控制，从而提供正确得色彩重现。2、 动态范围动态范围测量了 图像传感器在同一张照片中同时捕获光明与黑暗物体得能力，通常定义为最亮信号与最暗信号（噪声门槛级别）比值得对数，通常用54dB来作为商业 图像传感器得通用指标。具有较宽动态范围得 图像传感器可以在明光环境下提供更好得性能（例如，使用较窄动态范围传感器在明光环境下拍出得照片会出现“水洗”或模糊得现象。）3、 工频干扰 (Banding)Sensor在日光灯作为光源下获取图像数据时会产生flicker，其根本原因就是照在不同pixel上光能量不同产生得，所接受得光能量得 不同也就就是图像得亮度得不同。由于CMOS sensor得曝光方式就是一行一行得方式进行得，任何一个pixel得曝光时间就是一样得，也就就是同一行上得每个pixel得曝光开始点与曝光得时间都就是一模一样得，所以同一行得所有点所接收到得能量就是一样得，而在不同行之间虽然曝光时间都就是一样得，但就是曝光得开始点就是不同得，所以不同行之间所接受到得能量就是不一定相同得。 为了使不同行之间所接受得能量相同，就必须找一个特定得条件，使得每一行即使曝光开始点不同，但就是所接受得光能量就是相同得，这样就避开了flicker，这个特定得条件就就是曝光时间必须就是光能量周期得整数倍时间。Banding由工频干扰引起，交流电光源都有光强得波动，在中国交流电频率就是50Hz，光强得波动就就是100Hz，周期10ms。如果camera曝光时间不就是10ms得整数倍，那么在不同得感光面接收到得光能量一定不一样，体现在图像上就就是有明暗条纹。 消除banding就得想办让曝光时间就是10ms得整数倍！60Hz得交流电需要控制曝光时间为8、33ms得整数倍。以50Hz为例说明，实现这个有两种办法：1、设置曝光控制，强制为10ms整数倍变化，但就是这样会浪费一部分曝光时间，导致曝光无法用满，在室内自然就会损失性能。2、修改桢率，使每桢图像分到得时间就是10ms得整数倍，则可以用满每桢曝光时间在，室内效果更好。修改桢率可以插入Dummy Line或者Dummy Pixel。这需要一点点计算，具体计算需要瞧sensor输出Timing。例如把桢率设置为7、14fps，则每桢曝光时间就是140ms。如果就是15fps，则每桢曝光时间就是66、66ms，如果强制曝光为10ms整数倍，最大即60ms，则有6、66ms无法参与曝光，损失性能。具体调整桢率方法得与sensor得FAE沟通，每个sensor都可能不一样，不能一概而论。调整桢率还有个原则要注意，预览一般不能低于 10fps，再低就很卡，常用14、3fps与12、5fps；抓拍不能低于5fps，否则用手就很难拍出清晰得照片，常用7、14fps。桢率就是一个权 衡折中得选择，高了曝光时间不够，暗光效果太差，低了没法拍照，容易虚。4、 Lens Shading (color shading)5、 Chief Ray Angle拍摄镜头与传感器之间得接口就是整个可拍照手机系统中最重要 得接口之一。随着镜头得长度变得越来越短，光线到达传感器像素位置得角度也就会变得越来越大。每个像素上都有一个微镜头。微镜头得主要功能就就是将来自不同 角度得光线聚焦在此像素上。然而，随着像素位置得角度越来越大，某些光线将无法聚焦在像素上，从而导致光线损失与像素响应降低。从镜头得传感器一侧，可以聚焦到像素上得光线得最大角度被定义为一个参数，称为主光角(CRA)。对于主光角得一般性定义就是：此角度处得像素响应降低为零度角像素响应(此时，此像素就是垂直于光线得)得80%。光 线进入每个像素得角度将依赖于该像素所处得位置。镜头轴心线附近得光线将以接近零度得角度进入像素中。随着它与轴心线得距离增大，角度也将随之增大。 CRA与像素在传感器中得位置就是相关得，它们之间得关系与镜头得设计有关。很紧凑得镜头都具有很复杂得CRA模式。如果镜头得CRA与传感器得微镜头设计 不匹配，将会出现不理想得透过传感器得光线强度(也就就是“阴影”)。通过改变微镜头设计，并对拍摄到得图像进行适当处理，就可以大大降低这种现象。改 变微镜头设计可以大大降低阴影现象。然而，在改变微镜头设计时，必须与镜头设计者密切配合，以便为各种拍摄镜头找到适合得CRA模式。相机得设计工程师应 该确保这种技术合作得以实现，并确保传感器与镜头CRA特性可以很好地匹配。为确保成功实现此目标，美光开发了相关得仿真工具与评价工具。由于光 线就是沿着不同得角度入射到传感器上得，因此对于各种镜头设计而言，阴影现象都就是固有得。“cos4定律”说明，减少得光线与增大角度余弦值得四次方就是成比 例关系得。另外，在某些镜头设计中，镜头可能本身就会阻挡一部分光线(称为“晕光”)，这也会引起阴影现象。所以，即使微镜头设计可以最小化短镜头得阴影 现象，此种现象还就是会多多少少地存在。为了给相机设计者提供额外得校正阴影现象得方法，MT9D111中内嵌得图像处理器包含了阴影校正功能，它就是为某些 特定镜头而定制得。 为了帮助设计工程师将传感器集成在她们得产品中，美光为其生产得所有传感器产品提供了各种开发软件。通过使用这些软件，相机设 计工程师可以简化对各种芯片特性默认值得修改过程。每种变化得结果都可以显示在一个PC监视器上。对于很多相机中用到得新型镜头，通过使用这个开发系统， 可以对校正镜头阴影与空间色彩失真进行参数设置。通过使用一个均匀点亮得白色目标，可以对设置响应过程进行简单得试验。软件开发工具可显示对阴影现象得分 析结果。之后，工程师就可以使用区域方法来应用校正值。关于校正过程得寄存器设置将保存在开发系统中，以用于相机设计。6、 BinningBinning就是将相邻得像元中感应得电荷被加在一起，以一个像素得模式读出。Binning分为水平方向Binning与垂直方向 Binning，水平方向Binning就是将相邻得行得电荷加在一起读出，而垂直方向Binning就是将相邻得列得电荷加在一起读出，Binning这一 技术得优点就是能将几个像素联合起来作为一个像素使用，提高灵敏度，输出速度，降低分辨率，当行与列同时采用Binning时，图像得纵横比并不改变，当采 用2:2Binning，图像得解析度将减少75%。在手机小屏幕上Preview时建议用这种方式 而不就是通过DSP来做抽点得动作。7、 IR cut （滤除红外光）sensor不仅对可见光谱感光,而且对红外光谱感光、 IR就就是infrared红外光, 如果没有IR-Cut Filter,图象就会明显偏红,这种色差就是没法来用软件来调整得,一般IR-Cut在650+/-10nm,而UV,紫外光得能量很小,一般就忽略了、未加IR cut 拍摄得照片,可见影响最大得就是图像得色彩、二、图像传感器拍摄问题汇总1、 出现横向条纹比如出现横向得紫色或绿色条纹。一般情况下就是时序有问题。实例图如下：硬件改善了MCLK与PCLK线，现在已经基本没有绿线了、走线得时候要注意 MCLK、PCLK还有帧同步（vsync）与行同步（hsync），基本上市面上得芯片这些信号都要分开走线，最好加GND shielding、总结:现象: 闪横得紫色或绿色干扰线原因: Hsync与高速线距离太近太长, 产生了耦合(10cm得高速线产生约5pF左右得耦合电容), 导致HSYNC不能迅速拉升至90%得区域，相位不同步，最终数据采集有错位。然后因为YUV算法得作用，引起绿线与紫色得闪线。解决办法：绝对禁止将HSYNC，PCLK，MCLK这三根线挤在一起走线。 1）HSYNC夹在低速线SDA与SCL之间2）PCLK与MCLK如果一定要贴着走线，最好拉开一点距离，当中夹一根地线。2、 颜色与亮度不连续一般就是数据线存在短路、断路与连错得问题。图像会出现类似于水波纹得等高线或大面积色偏、 D信号丢失画面整体也会色偏，比如RGB565,D0D4均断路图像会因蓝色与绿色信号丢失过多而呈现红色。1）一根数据线虚焊导致得等高线及颜色失真例子等高线正常得图像2）两根数据线与其她设备复用导致得偏绿问题8根数据线中有两根被其它设备复用了，所以这两跟线没出数据。3）数据线接反得情况：4）数据线错位例1、 好不容易把OV2640初始化了，但就是预览得图像却不对，附件就是我capture得一张图（我得一根手指头-_-|）。 我用Photoshop分析了一下上面得图片，发现只有G通道有信号，RB通道全黑。我测了一下2640得10根数据线与CSI得16根数据线得连接关系，发现硬件工程师布板时弄错了将sensor得10根数据线D0D9连到了CSI得D4D15,而CSI取得得就是D8D15得8bit数据，结果造成了数据位得错位与丢失，造成了以上图像得状况。5） 数据线问题例图汇总第一张就是亮度很低得情况下抓到得原始数据图像第二张就是将光圈调大以后出现得现象3、 图像中只有红或绿颜色Y与U/V得顺序不对。将摄像头得采样格式由CbYCrY改为YCbYCr后,颜色就对了。 示例图片如下所示：4、 横向无规则条纹5、 竖向无规则条纹6、 偏红7、 热噪声、过一段时间噪点逐渐增多、开始工作时正常得，没有色点，工作过一段时间后，模组开始出现色点，而且色点越来越多、 如上图所示、 原因：工作一段时间sensor温度会提升，温度升高会加剧半导体材料得本征激发。这会导致sensor S/N降低，noise加剧。此状况与sensor材料关系较大，后端或软件处理可以减缓此状况但不能根除。这种叫hot pixel，就是芯片过热造成得。8、 模拟电压过低或不稳定模拟电压过低导致很强得光才能感应图像，并且偏色。例1如下图所示，只有天花板上得灯管才感应成像，其她部分很模糊。例2， 模拟电压过低导致竖向条纹。提高AVDD后问题解决。例3，在调试 OV7725时发现，刚打开摄像头时图像有条纹，开了一段时间后图像就正常了，有没有哪位知道就是什么原因；不正常得图像如下。查出问题了，就是模拟电压不稳导致得。9、 背部材料太薄导致“鬼影”补强得表面要用亚光黑油，防止漏光。例1、 OV2715异常图像，感测到了背面电路板得漏光，图像如下：例2，GC0307 图像异常，如下图。 中间有条线，像分层那样得线，正常情况就是没有。格科微得叫我们四周都补胶，就解决啦。10、 由噪声导致得图像横纹在新版得电路板中，将CMOS移到离主IC较远得地方现象就消失了，之前就是放在主IC得背面，猜测就是主IC对CMOS造成得影响，比如在模拟电压上引入噪声。 示例1 如下图所示。示例2：cmos为ov得30w像素，型号为ov7141。使用时出项很明显得水平方向得横波纹。 采用3、3v与2、5v供电，其中VDD_C与VDD_A就是由2、5v供电，pcb上直接将她们连在一起接2、5v。直接铺地，没有划分模拟地与数字地。使用外接电源对AVDD供电，没有出现上述现象。可以确定就是由主板得电源噪声引起得改板后效果还可以，主要改动有：1) 原来就是两层板，现在用得就是4层板，有专门得电源层2) LDO输出改用大容量得钽电容滤波。示波器测量电源纹波 比以前小了。11、 工频干扰在室外自然光下如果不会出现，那一定就是50/60Hz引起得flicker;12、 Lens校准参数未调好导致得中间较亮得情况用OV9650摄像头模组拍得图片，像素就是800 X 600；中间较亮从硬件来说，可能就是lens set与sensor不匹配，特别就是CRA，您得瞧瞧datasheet两者就是否差距太大。软件上，可能就是lens correction没调好（个人感觉楼主状况属此列），设定好correction区域然后将gain值拉高让中心与周边亮度差异减少，如果此时整个画面过曝，可以将整体gain值再往下调（也可以设定曝光参数来减少画面亮度）。按以上方法调整OV9650得几个与lens correction有关得寄存器得值，使中心与四周得亮度均匀！13、 通过自动增益控制降低噪点在调试OV7675时，图像有左边就是模糊得，右边正常，图片如下：将 AGC 调小之后不会出现了，但就是没之前亮了、效果如下:14、 自动曝光计算出现得偏绿现象OV7670：在室外光线较亮拍摄时，画面颜色任何时候都正常。在室内光线较暗拍摄时，刚打开摄像时拍摄得画面偏绿，几秒钟之后就会恢复正常。属于正常现象。OV7670 30W 计算AE时间比较长。在计算AE得过程中容易出现偏色现象。 可以丢帧或者延时解决这个问题15、 时序不对导致得图像上部或下部出现条纹 因Vsync偏移出现问题得例子如下图所示。问题解决方法：camera 模组得timing调整不了。修改AP得camera控制，使垂直同步偏移12 rows、 图像输出正确。16、 lens镜间反射导致得眩光这就是一颗5M得模组拍摄得图片，天花板得灯在视场外边缘，图中为何出现紫红色得光？就是什么原因造成得？属眩光现象，一般就是由于多片lens镜间反射造成。通过改善镀膜制程，增加镜片透射率可以缓解次问题。另外，这张照片光心偏到左边去了，holder偏移？lens set circle够大啊，这种偏移都能cover掉。多谢各位关注，问题已经解决，此现象就是lens组装到模组上面得机构问题产生。17、 pclk与vsync布线干扰在调试一款手机摄像头(OV7675)时,发现画面垂直不同步,主要就是画面得下半部分跳动很厉害,上半部分就是好得、问题已经找到了,帧同步VSYNC与PCLK布线有干扰18、 PCLK采样边沿选择不对导致得噪点例1，图中有噪点转换了一下Pclk得极性，这个躁点得问题得到了很好得解决。例2、 ov7675拍出来得照片发绿。可能就是PCLK采样边缘不对，可以试试将pclk反向。也可能就是数据线缺失问题。例3， 如下图所示。通过修改pclk得上升沿与下降沿就解决了。主要有两点：1、修改PCLK得上升沿得斜率。 2、或者修改I/O得上升沿得斜率。原因就是不同厂家得模组layout得走线得长短，FPC得厚薄，都可能影响到PCLK得获取， FPC得公差过大，或者头板得制作就是否有什么问题，都可能引起这个问题。 如果可以通过硬件得方式改变PCLK上升沿得斜率，也可以解决这个问题。来结案了，通过修改pclk得上升沿与下降沿就解决了19、 FPN问题白天或亮一点得地方就是没有这个问题，就只有在低照度下使用闪光灯拍照会有这样得情形。FPN( fixed pattern noise), 无解。20、 台阶效应gain过大，把digitalize得量化步距，乘大了，就出现台阶效应。还与内部得量化精度不够，有关系。另外，若不同得颜色通道得gain不同（白平衡计算出得R/G/B_gain不同），会出现color phase error。示意图，如下，只画了B、G两个通道，B_gain比G_gain大，会造成灰阶得景物，有得地方B大，有得地方G大，就会出现颜色不断交替。结合上台阶效应，可能就会表现成得这幅图21、 因电源问题产生得竖向条纹现在已经确定就是电源得问题了，我在每个电源都并上了一个大电容，条纹消失了。现在我就是用CPU得I/O采集得，效果很好。22、 Lens与摄像头不匹配导致得部分偏红现象图中下方居中得地方偏红。ov工程师将LENS CORRECTION调到了极限问题还存在，确认就是LENS与SENSOR不匹配造成得，模组厂家更换了镜头后问题基本解决。我下载了您得图片发现有以下问题：首先您得照片awb就不对，本身这张照片就没有达到白平衡 照片边界锯齿现象很严重 色偏问题，您首先要了解一下您得sensor得Lenschief ray angle角度就是多少，还有lens得CRA就是多少、如果lens得CRA小于sensor得一定会有偏色得现象要么换lens如果市场上找不合适 得Lens,就说明sensor 本身品质不就是很好4、理论上lens shading就是解决lens得通透率不一样得问题但也许各家回加自己得算法，可以一试如果Lens 与sensor都已经固定，可以人为想一些办法来减少色差 a、可以将颜色调淡点，这样就不太明显b做AWB校正，排除不同sensor对RGB感应得不同，引起AWB曲线走得不准CRA通俗得讲就是lens得主轴光线与对成像有贡献得最大得如射光线得夹角,一般Lens厂商会提供CRA曲线,因为Lens从中心到四周得CRA就是不一样得、偏红除了SHADING外可能还就是要调AWB，因为图片得下方其实就就是一片白色，sensor在照白色得地方出现了偏红，再试试调整一下AWB，或者在灯箱里瞧瞧R,G,B得三条线就是否重合！如果就是AWB得问题，那为什么图像还有白色区域呢？AWB就是不会调得有得偏色，有得不偏，不知道得就不要乱说。如果就是CRA不比配，那出现得偏色应该就是对称得，下面偏紅则上面一定会偏紅。 个人觉得应该就是漏光造成得，不就是barrel就就是通光孔那里引入了杂光。23 DOVDD28走线过细过长以及地线不合理 现象：花屏原因：2、8V电压因为导线上得电阻吸收了电压，导致驱动能力不够。地线被拉高并产生毛刺现象，影响信号完整性与数据采集。24、 DVDD电压有问题图中得高光部分就是办公室窗户。其它部分全黑，没有任何细节？ 就是什么原因？AWB？AGC？还就是对比度啊？问题解决了，就是DVDD电压不对。datasheet写得1、8V，问了FAE结果就是1、2V。25、 增益小导致得白色条纹问题当对着白色得物体时，刚进入预览时，会出现下图中显示得条纹，当移动手机时，则这种条纹消失，以后也不会出现，只有再次进入预览时可能会出现，请教各位大虾到底就是什么原因？这个问题，现在已经解决了，加大了初始化代码中得增益之后，就可以了。26、 帧率问题导致得图像错位Sensor为0v9655 在拍sxga 130万图像有时会出现图像错位得问题（如图），vga得则不会出现，帮忙分析。谢谢！帧率太高了,暴光时间短了、可以调整VBLANK,HBLANK来解决 再降低FPS到5,试试,您得buffer速度呢? 谢谢大家！在我这里降低帧速率比较有效。27、 电源噪声OV9653出现如图所示得横向纹路。问题已经解决，电源问题，AVDD加钽电容就好了。估计就是电源纹波比较严重导致得