CN103838692A - 一种从数字图像传感器读取数据的方法、主控设备与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从数字图像传感器获取数据的方法、主控设备和系统，所述方法包括：主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，以便数字图像传感器将所述预设时钟信号作为工作时钟；主控设备在所述预设时钟信号的上升沿接收数字图像传感器在预设时钟信号的上升沿发送的数据。本发明中，数字图像传感器获取本身的工作时钟后，所述数字图像传感器就会根据获取的工作时钟来发送数据，这样，即便主控设备没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口，也能够通过为数字图像传感器设置工作时钟的方式获取所需数据，实现了没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口的主控设备从数字图像传感器获取所需数据的目的。

Description

一种从数字图像传感器读取数据的方法、主控设备与系统

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种从数字图像传感器读取数据的方法、主控设备与系统。

背景技术

在实际应用中，需要采用camera interface(camera专用接口)来获取Digital Image Sensor（数字图像传感器）中的数据，简单来说，摄像头就可以看作是一种数字图像传感器。camera interface的信号线和DigitalImage Sensor的信号线是匹配的，参考图1所示，为现有技术中camerainterface跟Digital Image Sensor的信号线之间的连接关系图，由图1可以看出，Digital Image Sensor的信号线很多，主控设备需要有相应的匹配信号线才能从Digital Image Sensor中获取完整的数据，在实际环境中，主控设备有时只需从Digital Image Sensor中获取部分数据即可，比如对于一幅完整的图像，其主要包含两类信息：尺寸信息和色彩信息，在某些条件下主控设备只需获取所述图像的尺寸信息即可，并不需要获取这幅图像的所有数据。在这种情况下，如果主控设备集成camera专用接口，则所述匹配信号线中的很多信号线就被闲置，造成了资源的浪费，而且主控设备集成camera专用接口的费用较高，提高了主控设备的成本。

发明内容

本发明提供一种从数字图像传感器获取数据的方法、主控设备与系统，为没有集成camera专用接口的主控设备从Digital Image Sensor中获取部分数据提供解决方案。

本发明提供如下技术方案：

一种从数字图像传感器读取数据的方法，该方法包括：

主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，以便数字图像传感器将所述预设时钟信号作为工作时钟；

主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

优选的，主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号之后，还包括：

数字图像传感器根据预设时钟信号对像素时钟同步信号作降阶运算。

优选的，所述主控设备在所述预设时钟信号的上升沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据，具体为：

所述主控设备在所述预设时钟信号的上升沿接收所述数字图像传感器通过数据输出线的最高位向所述主控设备发送的数据。

优选的，主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据，具体为：

主控设备通过SPI接口的串行数据输入线在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

优选的，所述主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，具体为：

所述主控设备通过SPI接口的串行数据输出线向所述数字图像传感器发送所述预设时钟信号。

优选的，主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据之后，还包括：

主控设备向数字图像传感器发送控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号。

一种主控设备，所述主控设备包括：

第一发送单元，用于主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号；

第一接收单元，用于主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

优选的，所述主控设备还包括：

控制单元，用于主控设备向数字图像传感器发送控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号。

一种数据采集系统，所述系统包括权利要求7-8任一项所述的主控设备和数字图像传感器；

所述数字图像传感器包括：

第二接收单元，用于接收主控设备发送的预设时钟信号；

第二发送单元，用于根据所述预设时钟信号向主控设备发送数据。

优选的，所述数字图像传感器还包括：

第三接收单元，用于接收主控设备发送的控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号；

运算单元，用于数字图像传感器将本身的像素时钟同步信号作降阶运算。

本发明的技术方案中，主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，数字图像传感器就可以将该预设时钟信号作为自己的工作时钟，然后数字图像传感器就可以根据本身的工作时序发送数据了。这样，即便主控设备没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口，也能够通过为数字图像传感器设置工作时钟的方式获取部分数据，实现了没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口的主控设备从数字图像传感器获取部分数据的目的；另外，所述主控设备在获取数据时不需要集成camera专用接口，降低了主控设备的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中camera interface跟Digital Image Sensor的信号线之间的连接关系图；

图2为图1中的HSYNC、VSYNC、PCLK、D0~D7之间的关系图；

图3为本发明一种从数字图像传感器获取数据的方法实施例1的流程图；

图4为典型的XCLK和PCLK之间的关系图；

图5为XCLK和PCLK之间的另一种关系图；

图6为本发明一种从数字图像传感器获取数据的方法实施例2的流程图；

图7为本发明对PCLK作降阶运算后，XCLK和PCLK之间的关系图；

图8为本发明一种主控设备的结构示意图；

图9为本发明一种主控设备的另一种结构示意图；

图10为本发明一种数据采集系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在对本发明的技术方案进行说明之前，先对集成了camera专用接口的主控设备与Digital Image Sensor之间的通信原理做一简单介绍。

参考所述图1，其中Camera interface一般包含如下信号线：

XCLK：由Camera interface输出，给Digital Image Sensor提供工作时钟；

PCLK：由Digital Image Sensor输出，Camera interface接收，用于像素同步；

HSYNC：由Digital Image Sensor输出，Camera interface接收，用于行同步；

VSYNC：由Digital Image Sensor输出，Camera interface接收，用于帧同步；

D0~D7：用于接收来自Digital Image Sensor的数据；

现有技术中，主控设备MCU会使用GPIO(通用输入输出接口GeneralPurpose Input/Output port)连接到Digital Image Sensor的RESET和PWDN，这样就可以控制Digital Image Sensor的reset（复位）和是否让Digital Image Sensor进入Power down模式(省电模式)。

Digital Image Sensor的SBCK（Digital Image Sensor的两线串行通信线之一，时钟线）、SBDA（Digital Image Sensor的两线串行通信线之一，数据线）一般也是连接到主控设备的GPIO上，这样，主控设备就可以按照Digital Image Sensor中的时序要求跟Digital Image Sensor进行通信了。主控设备跟Digital Image Sensor间的通信，是指主控设备设置或者获取Digital Image Sensor中相关寄存器的值，例如软件RESET、工作状态、输出大小、输出格式、输出信号有效性、像素频率、自动曝光、白平衡等。

Digital Image Sensor一般包含如下信号线：

D0~D7：Digital Image Sensor的数据输出线；

SBDA：Digital Image Sensor的两线串行通信线之一，数据线；

SBCK：Digital Image Sensor的两线串行通信线之一，时钟线；

HSYNC：Digital Image Sensor的行同步输出线；

VSYNC：Digital Image Sensor的帧同步输出线；

PCLK：Digital Image Sensor的像素时钟同步信号；

XCLK：Digital Image Sensor的工作时钟信号；

PWND：Digital Image Sensor的power down（省电）控制信号；

RESET：Digital Image Sensor的复位控制信号；

其中，所述HSYNC、VSYNC、PCLK、D0~D7之间的关系如图2所示，意义为Digital Image Sensor在PCLK的上升沿发送数据，主控设备在VSYNC的低电平和HSYNC的高电平处接收的数据有效，其余为无效数据。

在上述内容的基础上，进一步的，参考图3所示，为本发明提供的一种从数字图像传感器获取数据的方法实施例1的流程图，本实施例中以主控设备通过SPI接口与数字图像传感器进行通信为例进行说明，但是这并不是对本发明保护范围的限制，因为本发明对具有SPI接口功能的主控设备均适用，本实施例具体可以包括：

步骤301：主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号。

所述主控设备通过SPI接口(Serial Peripheral Interface)向数字图像传感器发送预设时钟信号，数字图像传感器接收到所述预设时钟信号后将其作为本身的工作时钟。其中所述预设时钟信号为SPI接口的工作时钟信号，这里记为XCLK；

所述SPI接口最早是由Motorola公司提出，由于其简单实用，因此许多设备都支持该接口，所以采用SPI接口向数字图像传感器发送预设时钟信号，使得本发明具有更广泛的实用性。

SPI接口共有4根信号线，分别是设备选择线、时钟线、串行输出数据线、串行输入数据线。其中设备选择线SS(Slave select，或CS)用于选择激活某个从属设备；SCLK（同步时钟信号线）用来同步主从设备的数据传输，从属设备按SCLK提供的同步时钟信号接收或者发送数据。SPI接口的串行数据线是单向的，共有两根数据线，分别承担主控设备到从属设备、从属设备到主控设备的数据传输，SPI接口的2根单向数据线能够实现的数据速率可达几Mbps，这也是采用SPI接口为Digital Image Sensor提供工作时钟的原因，因为Digital Image Sensor的工作频率较高，采用一般的硬件设施很难为其提供如此高的工作频率。

步骤302：主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或者下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

本实施例是以SPI接口为例进行说明，所述步骤302中主控设备接收数据时是通过SPI接口中的数据线输入线实现的，因为SPI接口中数据线只有两个，一个是输入线，一个输出线，所以主控设备通过SPI接口中的数据线只能接收一位数据线输出的数据。也就是说，Digital Image Sensor在发送数据时，只使用其8位数据线中的一位来发送数据即可。

这里对主控设备从Digital Image Sensor获取数据的原理进行详细的说明，参考图4所示，为典型的XCLK和PCLK之间的关系图。根据DigitalImage Sensor的工作时序，这里以Digital Image Sensor在PCLK的上升沿发送数据进行说明，即在图4中所示的①、②、③、④、⑤对应的时刻发送数据。依据XCLK和PCLK之间的关系，可以设置主控设备在XCLK的上升沿接收数据，接收数据对应的时刻如图4中所示的A、B、C、D、E、F、G和H，由图示可以得出这样的结论，在B、D、F、H时刻接收到的数据是无效的，在A、C、E、G时刻接收到的数据是有效数据。对于Digital Image Sensor在PCLK的下降沿发送数据的情况，可以参考上述Digital Image Sensor在PCLK的上升沿发送数据的原理，这里不再赘述，此时，主控设备在XCLK的下降沿接收数字图像传感器发送的数据。

在实际应用中XCLK和PCLK之间的还存在另一种关系，参考图5所示，为XCLK和PCLK之间的另一种关系图。与图4所示相比，不同的地方在于，PCLK与XCLK在相位上不总是保持稳定，而是相差半个XCLK相位，在这种情况下，则无法判断哪些时刻对应的数据是有效的，哪些时刻对应的数据是无效的。

所以本实施例的技术方案中，主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，数字图像传感器就可以将该预设时钟信号作为自己的工作时钟，然后数字图像传感器就可以根据本身的工作时序发送数据了。这样，即便主控设备没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口，也能够通过为数字图像传感器设置工作时钟的方式获取部分数据，实现了没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口的主控设备从数字图像传感器获取部分数据的目的。但是因为XCLK和PCLK之间的关系不唯一，所以并不能保证接收到的数据是有效的，最坏的情况是有可能接收的数据全都无效，这在实际应用中是没有意义的。

所以为了保证获取的数据不是全部无效，同时可以从获取的数据中选出有效数据，本发明还提供了从数字图像传感器获取数据的另一种方法，参考图6所示，为本发明提供的一种从数字图像传感器获取数据的方法实施例2的流程图，与实施例1一样，本实施例同样以主控设备通过SPI接口与数字图像传感器进行通信为例进行说明，本实施例可以包括：

步骤601：初始化Digital Image Sensor。

所述初始化Digital Image Sensor指的是设置Digital Image Sensor中的寄存器，所述设置是根据具体的Digital Image Sensor的使用手册来设置，比如，如果要获取的是照相机中的数据，则可以使用照相机使用手册来设置其中的寄存器。

步骤602：主控设备获取所述数字图像传感器的行同步信号和帧同步信号。

因为本实施例中的主控设备没有集成camera专用接口，所以主控设备不能直接获取Digital Image Sensor的行同步信号和帧同步信号。对于主控设备来说，所述行同步信号和帧同步信号用于标识一行信号和一帧信号是否接收完整。在实际应用中，对于集成了camera专用接口的主控设备来说，只要获取了Digital Image Sensor的行同步信号和帧同步信号，就可以根据确定的行同步信号和帧同步信号去接收数据了。本实施例中可以采用逻辑分析仪来获取Digital Image Sensor的行同步信号和帧同步信号。虽然本实施例是采用逻辑分析仪来获取Digital Image Sensor的行同步信号和帧同步信号的，但是这并不是对本发明保护范围的限定，因为在现有技术中，获取Digital Image Sensor的行同步信号和帧同步信号的方式对于本领域技术人员来说并不只有这一种方式，这里不再赘述。

确定了行同步信号和帧同步信号后，主控设备可以控制发送预设时钟信号的频率，使得每一行信号的时间是固定个XCLK的周期，每经过所述固定个XCLK的周期，就可以认为一行信号的接收已经完成。

步骤603：主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号。

所述步骤603的实现方式与实施例1中步骤201的实现方式类似，此处不再赘述。

步骤604：数字图像传感器对PCLK作降阶运算。

与实施例1中不同的是，所述步骤604中，数字图像传感器并不是直接在PCLK的上升沿或者下降沿发送数据，而是先对PCLK作降阶运算。以数字图像传感器在降阶后的PCLK的上升沿发送数据为例，参考图7所示，为XCLK与降阶运算之后的PCLK之间的关系图，其中PCLK1对应图3所示的PCLK作降阶运算之后的PCLK信号，PCLK2对应图4所示的PCLK作降阶运算之后的PCLK信号，其中，PCLK1与PCLK2相差半个XCLK相位。

步骤605：主控设备接收数字图像传感器在降阶运算后的PCLK上升沿或下降沿发送的数据。

对PCLK作降阶运算后，数字图像传感器在降阶运算后的PCLK上升沿或下降沿发送数据，以在降阶运算后的PCLK上升沿发送数据为例，观察图7可知，在B、C、F、G时刻接收的数据总是有效的，且B时刻跟C时刻接收的数据一样，F时刻跟G时刻接收的数据一样。这种情况下，只需提取B时刻、F时刻接收的数据或者提取C时刻、G时刻接收的数据即可。

在所述步骤605中，所述数字图像传感器发送数据时可以使用其包括的8位数据线中的任何一位进行数据的发送，优选的，可以采用8位数据线中的最高位来发送数据，因为最高位的数据位可以表示最大的数据范围，比如，如果使用一个byte表示一种颜色，那么这种颜色根据深浅可以表示的范围是0~255的256种，这里约定值越大代表的颜色越深。在实际应用中可以把对颜色的识别钝化，例如规定颜色值大于128才表示存在这种颜色，那么只需要取最高位，即是bit7的值是否为“1”来判断即可，如果为“1”，则说明存在这种颜色，反之，则说明不存在这种颜色。

所述步骤605描述了数字图像传感器在降阶运算后的PCLK上升沿发送数据的情况，对于数字图像传感器在降阶运算后PCLK的下降沿发送数据的情况，数字图像传感器同样要先对PCLK作降阶运算，具体的可以参考在PCLK的上升沿发送数据时对PCLK作降阶运算的原理，此处不再赘述，此时，主控设备在XCLK的下降沿接收数字图像传感器发送的数据。

步骤606：向所述数字图像传感器发送控制信号。

所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号。

本实施例的技术方案不仅可以实现实施例1的有益效果，进一步的，本实施例在确定Digital Image Sensor的行同步信号和帧同步信号后，对PCLK进行了降阶运算，从而避免了接收的数据全部无效的情况，保证了接收的数据中一定存在有效数据。进一步的，通过控制发送预设时钟信号的频率，使得每一行信号的时间是固定个XCLK的周期，主控设备就可以完整的采集到一帧信号了。

相应的，参考图8所示，为本发明还提供了一种主控设备的结构示意图，所述主控设备包括：

第一发送单元801，用于主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号；

第一接收单元802，用于主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

优选的，参考图9所示，为本发明还提供的一种主控设备的另一种结构示意图，除了图8所示的单元外，所述主控设备还包括：

控制单元901，用于主控设备向数字图像传感器发送控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号。

参考图10所示，为本发明提供的一种数据采集系统的结构示意图，所述系统除了包括图9所示的主控设备外，所述系统还包括数字图像传感器902；

所述数字图像传感器902包括：

第二接收单元1001，用于接收主控设备发送的预设时钟信号；

第二发送单元1002，用于根据所述预设时钟信号向主控设备发送数据。

第三接收单元1003，用于接收主控设备发送的控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号；

运算单元1004，用于数字图像传感器将本身的像素时钟同步信号作降阶运算。

本实施例的技术方案中，主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，数字图像传感器就可以将该预设时钟信号作为自己的工作时钟，然后数字图像传感器就可以根据本身的工作时序发送数据了。这样，即便主控设备没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口，也能够通过为数字图像传感器设置工作时钟的方式获取部分数据，实现了没有集成数字图像传感器专用的数据读取接口的主控设备从数字图像传感器获取部分数据的目的。

进一步的，本实施例在确定Digital Image Sensor的行同步信号和帧同步信号后，对PCLK进行了降阶运算，从而避免了接收的数据全部无效的情况，保证了接收的数据中一定存在有效数据。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于系统实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种从数字图像传感器获取数据的方法，其特征在于，所述方法包括：

主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，以便数字图像传感器将所述预设时钟信号作为工作时钟；

主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号之后，还包括：

数字图像传感器根据预设时钟信号对像素时钟同步信号作降阶运算。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主控设备在所述预设时钟信号的上升沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据，具体为：

所述主控设备在所述预设时钟信号的上升沿接收所述数字图像传感器通过数据输出线的最高位向所述主控设备发送的数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据，具体为：

主控设备通过SPI接口的串行数据输入线在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号，具体为：

所述主控设备通过SPI接口的串行数据输出线向所述数字图像传感器发送所述预设时钟信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据之后，还包括：

主控设备向数字图像传感器发送控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号。

7.一种主控设备，其特征在于，所述主控设备包括：

第一发送单元，用于主控设备向数字图像传感器发送预设时钟信号；

第一接收单元，用于主控设备在所述预设时钟信号的上升沿或下降沿接收数字图像传感器根据预设时钟信号发送的数据。

8.根据权利要求7所述的主控设备，其特征在于，所述主控设备还包括：

控制单元，用于主控设备向数字图像传感器发送控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号。

9.一种数据采集系统，其特征在于，所述系统包括权利要求7-8任一项所述的主控设备和数字图像传感器；

所述数字图像传感器包括：

第二接收单元，用于接收主控设备发送的预设时钟信号；

第二发送单元，用于根据所述预设时钟信号向主控设备发送数据。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数字图像传感器还包括：

第三接收单元，用于接收主控设备发送的控制信号，所述控制信号为复位信号和/或控制数字图像传感器进入省电模式的信号；

运算单元，用于数字图像传感器将本身的像素时钟同步信号作降阶运算。

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