CN107197238A - 一种基于fpga双摄图像采集测试装置 - Google Patents

一种基于fpga双摄图像采集测试装置 Download PDF

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夏远洋
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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，属于手机摄像头测试技术领域。现有技术通过DVP图像获取单元实现两个摄像头的图像采集，容易被干扰，速率也无法做到很高。并且不能对每个摄像头的特性进行标定，同时需要较多的测试主机，投入成本高。本发明通过MIPI的DPHY或CPHY对摄像头的图像进行采集，其传输速率可达1Gbit/秒，适用范围广。利用云处理模块，提升大数据统计算法的覆盖性，给用户带来更高的画质体验。最终降低摄像头产品测试成本，实现生产车间无人化目标。

Description

一种基于FPGA双摄图像采集测试装置
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，属于手机摄像头测试技术领域。
背景技术
在移动通信时代，手机成为了人们生活的必须品，一个手机从五年前的一个摄像头到后来的前后二个摄像头。全球使用手机用户的快速增加(即手机数量的增加)，摄像头的需求量可想而知。背景虚化、先拍照后对焦、光学变焦等，都为双摄像头的模组的功能。双摄在组装时为保证摄像头的同轴度和距离，需要通过同时点亮图像，对摄像头进行较准；以及HDC较准需要双摄同时出图，把二摄像头的位置信息和深度信息等烧录进入内部存储空间，导致对双摄图像采集测试装置的要求也越来越高。
中国专利(申请号CN201610948805.8)公开了一种多帧缓存双摄同测测试卡，包括：FPGA、检测模块、数据交互模块、接口模块以及开短路模块；所述FPGA具有4片DDR，且所述FPGA具有DVP图像获取单元、LVDS图像解码单元；所述检测模块与所述FPGA内部的I2C/GPIO控制模块相连接；所述数据交互模块集成于所述FPGA中，并与上位机进行数据传输。通过DVP图像获取单元实现两个摄像头的图像采集，DVP是并口传输，容易被干扰，并且DVP接口在信号完整性方面受限制，速率也无法做到很高。进一步，现有技术只是对同组摄像头图片进行点亮测试，不能对每个摄像头的特性进行标定，同时需要较多的测试主机，投入成本高。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种不容易被干扰，信号传输完整，传输速率快的能够对图片进行特性分析的投入成本低的基于FPGA双摄图像采集测试装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于FPGA双摄图像的采集测试装置，包括：用于获取摄像头图像的图像获取模块、用于数据处理的FPGA，所述图像获取模块为DPHY图像获取模块和/或CPHY图像获取模块，所述图像获取模块与FPGA相连接，所述CPHY图像获取模块为2线二进制差分，CPHY图像获取模块为3线五进制差分。本发明通过MIPI的DPHY或CPHY对摄像头的图像进行采集，MIPI为低压差分串口，只需要CLKP/N、DATAP/N接口，最大支持4-lane。MIPI接口比DVP的接口信号线少，由于是低压差分信号，产生的干扰小，抗干扰能力也强。最重要的是DVP接口在信号完整性方面受限制，速率也受限制，500W还可以勉强用DVP，800W及以上无法适用。而DPHY图像获取模块传输速率可达1Gbit/秒，适用范围更广。
作为优选技术措施，所述FPGA与上位机相连接，所述上位机通过无线网络连接一用于图片数据存储以及综合处理的云处理器模块。利用云处理模块，能够有效提升后台处理器的利用率，减少整条流水线后台处理器的数量，并对摄像头单体特征信息云存贮。因每个产品间的组装、材料是存在差异的，特别是针对双摄，需要对每个摄像头特征进行标定。对于手机新产品发布时，摄像算法未必达到最佳，在生产中将图片特征信息存入云处理模块，便于及时调整算法，提升大数据统计算法的覆盖性，给用户带来更高的画质体验。最终降低摄像头产品测试成本，实现生产车间无人化目标。
作为优选技术措施，所述FPGA设有无线传输模块，所述无线传输模块通过无线网络连接一用于图片数据存储以及综合处理的云处理器模块。利用云处理模块，能够有效提升后台处理器的利用率，减少整条流水线后台处理器的数量，并对摄像头单体特征信息云存贮。因每个产品间的组装、材料是存在差异的，特别是针对双摄，需要对每个摄像头特征进行标定。对于手机新产品发布时，摄像算法未必达到最佳，在生产中将图片特征信息存入云处理模块，便于及时调整算法，提升大数据统计算法的覆盖性，给用户带来更高的画质体验。最终降低摄像头产品测试成本，实现生产车间无人化目标。
作为优选技术措施，所述FPGA通过XC7K355T的GTX口接收CPHY图像获取模块或DPHY图像获取模块数据。
作为优选技术措施，所述FPGA通过XC7K355T的LVDS口接收DPHY图像获取模块数据。
作为优选技术措施，所述CPHY图像获取模块传输速率为17.1G，所述FPGA具有4片DDR3,64Gbps的缓存读写能力，能够接收34.2G双摄CPHY图像获取模块的数据。大内存一方面用于高速缓存图像数据，另一方面也可以多帧缓存图像数据，大缓存能力，可以连续存储图像数据双摄15fps，连续多帧的缓存能力，可以用于计算通过帧的方式计算如像PD对焦的时间，计算外界设备的运动时间，用于计算OIS(光学防抖)产品的防抖性能等，适用于对比逐行曝光和全局曝光针对运动物体之间的差异。
作为优选技术措施，所述FPGA通过USB3.0接口实现与上位机的数据实时上传，也可以以太网光纤来实现数据的实时上传，可根据需要灵活选择。
作为优选技术措施，所述FPGA设有用于解码双DPHY图像获取模块和/或双CPHY图像获取模块信号的解码器，所述解码器支持二种不同协议的摄像头同时或者单独点亮。
作为优选技术措施，所述解码器为可解码MIPI信号的MC20901，MC20901为模块化成熟产品，可直接采购，投入成本低。
作为优选技术措施，所述FPGA设有唯一的ID，上位机根据唯一的ID控制对应所述FPGA。FPGA拥有唯一的ID，支持单上位机多FPGA同测，上位机可根据唯一的ID控制对应FPGA和收集对应的摄像头的测试信息。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过MIPI的DPHY或CPHY对摄像头的图像进行采集，MIPI为低压差分串口，只需要CLKP/N、DATAP/N接口，最大支持4-lane。MIPI接口比DVP的接口信号线少，由于是低压差分信号，产生的干扰小，抗干扰能力也强。最重要的是DVP接口在信号完整性方面受限制，速率也受限制，500W还可以勉强用DVP，800W及以上无法适用。而DPHY图像获取模块传输速率可达1Gbit/秒，适用范围更广。
所述FPGA可设有无线传输模块，所述无线传输模块直接通过无线网络给云处理器模块传输数据。利用云处理模块，能够有效提升后台处理器的利用率，减少整条流水线后台处理器的数量，并对摄像头单体特征信息云存贮。因每个产品间的组装、材料是存在差异的，特别是针对双摄，需要对每个摄像头特征进行标定。对于手机新产品发布时，摄像算法未必达到最佳，在生产中将图片特征信息存入云处理模块，便于及时调整算法，提升大数据统计算法的覆盖性，给用户带来更高的画质体验。最终降低摄像头产品测试成本，实现生产车间无人化目标。
附图说明
图1为本发明结构流程图；
图2-1本发明一种双摄实施例结构示意图；
图2-2CPHY图像获取模块、DPHY图像获取模块与FPGA的GTX连接示意图；
图2-3双摄DPHY图像获取模块与FPGA连接示意图；
图2-4DDR3与FPGA的部分连接示意图；
图2-5用于电源供给和电流测试的电路图；
图2-6开短路总体回路示意图；
图2-7图像测试回路示意图；
图3-1本发明一种对八个手机摄像头进行测试的结构示意图；
图3-2GTX口与4根以太网光纤连接示意图；
图3-3对八个手机摄像头进行测试的DPHY与FPGA连接示意图；
图4以太网光纤云处理连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，包括用于获取摄像头图像的图像获取模块、用于数据处理的FPGA、用于与上位机进行数据交互的数据交互模块、用于图片数据存储以及综合处理的云处理器模块。所述上位机通过无线网路与云处理模块进行数据传输，所述图像获取模块为DPHY图像获取模块和/或CPHY图像获取模块，所述图像获取模块与FPGA相连接，所述数据交互模块包括USB3.0以及连接在USB3.0端部的接口组件，所述接口组件包括能够与上位机进行数据传输的第一接口、能够与FPGA进行数据传输的第二接口。
本发明通过MIPI的DPHY或CPHY对摄像头的图像进行采集，MIPI为低压差分串口，只需要CLKP/N、DATAP/N接口，最大支持4-lane。MIPI接口比DVP的接口信号线少，由于是低压差分信号，产生的干扰小，抗干扰能力也强。最重要的是DVP接口在信号完整性方面受限制，速率也受限制，500W还可以勉强用DVP，800W及以上无法适用。而DPHY图像获取模块传输速率可达1Gbit/秒，适用范围更广。
所述FPGA可设有无线传输模块，所述无线传输模块直接通过无线网络给云处理器模块传输数据。利用云处理模块，能够有效提升后台处理器的利用率，减少整条流水线后台处理器的数量，并对摄像头单体特征信息云存贮。因每个产品间的组装、材料是存在差异的，特别是针对双摄，需要对每个摄像头特征进行标定。对于手机新产品发布时，摄像算法未必达到最佳，在生产中将图片特征信息存入云处理模块，便于及时调整算法，提升大数据统计算法的覆盖性，给用户带来更高的画质体验。最终降低摄像头产品测试成本，实现生产车间无人化目标。
所述CPHY图像获取模块为2线二进制差分，CPHY图像获取模块为3线五进制差分。FPGA不光可以解码DPHY图像获取模块、也可以解码CPHY图像获取模块信号，并支持二颗不同协议的摄像头同时点亮，便于不同类型的摄像模组分析对比图像，更便捷的时时评价两两对比图像质量。所述CPHY图像获取模块传输速率为17.1G，所述FPGA具有4片DDR3,64Gbps的缓存读写能力，能够接收34.2G双摄CPHY图像获取模块的数据。大内存一方面用于高速缓存图像数据，另一方面也可以多帧缓存图像数据，大缓存能力，可以连续存储图像数据双摄15fps，连续多帧的缓存能力，可以用于计算通过帧的方式计算如像PD对焦的时间，计算外界设备的运动时间，用于计算OIS(光学防抖)产品的防抖性能等，适用于对比逐行曝光和全局曝光针对运动物体之间的差异。
所述FPGA设有用于解码双DPHY图像获取模块和/或双CPHY图像获取模块信号的解码器，所述解码器支持二种不同协议的摄像头同时或者单独点亮。所述解码器为可解码MIPI信号的MC20901。
所述FPGA设有唯一的ID，上位机根据唯一的ID控制对应所述FPGA。
对FPGA的外壳进行改进，FPGA的功耗较高，但又因为考虑到OIS等产品需要保证FPGA不震动，因此外壳的散热设计至关重要，此次设计中我们采用了散热鳞片设计。
如图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5所示测试双摄像头的实施例，通过FPGA XC7K355T的GTX口(2.5Gbps)接收CPHY图像获取模块、DPHY图像获取模块的数据，通过FPGA XC7K355T的LVDS(1.25G)接收DPHY图像获取模块的图像数据。
通过以太网光纤接口实现上位机与FPGA交互，并将双摄的图像数据实时上传至上位机、并实现双摄模组可以同测、同时点亮、同时对焦、同时烧录信息等。并支持双摄两两较准。FPGA支持spi和二路i2c,支持12路电源数字可调，支持电流和开短路测试。FPGA拥有唯一的ID，支持单上位机多FPGA同测，上位机可根据唯一的ID控制对应FPGA和收集对应的摄像头的测试信息。
如图2-6、2-7所示，所述采集测试装置设有开短路测试模块，对CPHY图像获取模块或DPHY图像获取模块及其它所有PIN脚如PWDN、MCLK、I2C等进行检测，当摄像头产品有连接不良或产品本身缺陷时、甚至芯片被击穿时，可以被检出。
如图3-1、3-2、3-3所示，一种对八个手机摄像头进行测试的，所述以太网光纤为万兆光纤，其传输速率为40Gbps。一根万兆光纤与两个DPHY图像获取模块和/或CPHY图像获取模块相配合传输数据。所述第二接口与FPGA XC7K160T的GTX口连接。所述FPGA的GTX口与四根以太网光纤的第二接口相连接，所述FPGA的LVDS口与8个DPHY图像获取模块相连接。FPGA能够支持spi和二路i2c,支持12路电源数字可调，支持电流和开短路测试，满足各种测试需要。
本发明支持八摄同点亮,支持40路电源供给和电流测试.且要求每路电拥有500mA以上的电流，且要求电源是0.9V--3.8V数字可调，拥有独立的时钟供给，拥有独立的I2C配置，并设有开短路测试模块。
如图4所示一种云处理实施例，图像数据通过万兆以太网光纤传输到交换机，再通过交换机进入服务器，最终通过无线通讯模块进入云处理模块，能够有效提升后台处理器的利用率，减少整条流水线服务器的数量，并对摄像头单体特征信息云存贮，便于及时调整图像算法，提升大数据统计算法的覆盖性，给用户带来更高的画质体验。最终降低摄像头产品测试成本，实现生产车间无人化目标。本发明通过以太网光纤进行数据交互，因光纤传输有频带宽，抗干扰能力强，保真度高，能够减少测试误差，并且长度不受限制，能够满足各种数据交互需要。
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 (10)

1.一种基于FPGA双摄图像的采集测试装置，包括：用于获取摄像头图像的图像获取模块、用于数据处理的FPGA，其特征在于，所述图像获取模块为DPHY图像获取模块和/或CPHY图像获取模块，所述图像获取模块与FPGA相连接，所述CPHY图像获取模块为2线二进制差分，CPHY图像获取模块为3线五进制差分。
2.如权利要求1所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述FPGA与上位机相连接，所述上位机通过无线网络连接一用于图片数据存储以及综合处理的云处理器模块。
3.如权利要求1所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述FPGA设有无线传输模块，所述无线传输模块通过无线网络连接一用于图片数据存储以及综合处理的云处理器模块。
4.如权利要求1所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述FPGA通过XC7K355T的GTX口接收CPHY图像获取模块或DPHY图像获取模块数据。
5.如权利要求1所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述FPGA通过XC7K355T的LVDS口接收DPHY图像获取模块数据。
6.如权利要求1-5任一所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述CPHY图像获取模块传输速率为17.1G，所述FPGA具有4片DDR3,64Gbps的缓存读写能力，能够接收34.2G双摄CPHY图像获取模块的数据。
7.如权利要求6所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述FPGA通过USB3.0接口实现与上位机的数据实时上传。
8.如权利要求7所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述FPGA设有用于解码双DPHY图像获取模块和/或双CPHY图像获取模块信号的解码器，所述解码器支持二种不同协议的摄像头同时或者单独点亮。
9.如权利要求8所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述解码器为可解码MIPI信号的MC20901。
10.如权利要求9所述的一种基于FPGA双摄图像采集测试装置，其特征在于，所述FPGA设有唯一的ID，上位机根据唯一的ID控制对应所述FPGA。
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