CN219087236U - 一种具有宽动态和lfm功能的usb摄像头及其电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头及其电路，涉及摄像技术领域，USB摄像头电路包括依次连接的图像传感器电路、图像处理电路、USB发送电路，图像传感器电路用于进行宽动态的图像采集和LFM功能处理，图像处理电路对图像传感器电路输出的图像进行处理，并以MIPI界面传输给USB发送电路，USB发送电路用于以USB信号输出图像信号。本申请具有宽动态图像范围和LFM处理能力，提高了图像输出效果。

Description

一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头及其电路

技术领域

本申请涉及摄像头技术领域，尤其是涉及一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头及其电路。

背景技术

目前，USB接口因其自身优点应用在各种电器上，在摄像头上也越来越多地采用USB做为接口，应用在公共场所的识别系统中，但这些公共场所往往具有复杂的光线环境，如大面积阳光直射环境、LED Flicker环境。一般采用PWM方式调光的LED照明光源，以LED做背光源的显示器、矩阵式LED大显示屏等属于LED Flicker环境。

在这些复杂的光线环境下，普通USB摄像头由于不具备宽动态功能或者LEDFlicker Mitigation(LFM)功能，拍摄到的图像会使识别目标的细节质量明显下降，不利于识别终端做准确的识别。具体表现如下：

在大面积太阳直射下，由于普通USB摄像头动态范围不足，在保证明亮处亮度正常的情况下，摄像头拍摄的图像无法看清暗区域的细节。

在有LED Flicker的场景下，即使USB摄像头带有宽动态的功能，但如果所使用的图像传感器没有LED Flicker Mitigation(LFM)功能，短曝光的时长有时不能与LED的PWM调光频率匹配，使得每次短曝光获得的光能量不同。此时，在视频流中，可能会出现亮灭变化或条纹现象。

因此，如何解决普通USB摄像头动态范围不足及抑制LED Flicker，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头及其电路，采集宽动态光学图像和对图像进行LFM功能处理，并转换为USB信号输出给USB终端，实现了USB摄像头的宽动态和LFM功能。

第一方面，本申请提供的一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，采用如下的技术方案：

一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，包括依次连接的图像传感器电路、图像处理电路、USB发送电路，图像传感器电路用于进行宽动态的图像采集和LFM功能处理，图像处理电路对图像传感器电路输出的图像进行处理，并以MIPI界面传输给USB发送电路，USB发送电路用于以USB信号输出图像信号。

通过采用上述技术方案，图像传感器电路包括图像传感器芯片及其外围电路，图像传感器芯片用于宽动态图像采集和LFM功能处理，并以设定格式输出数据信号给图像处理电路。

通过采用上述技术方案，图像处理电路包括图像处理芯片及其外围电路，图像处理芯片用于对宽动态图像进行处理，并将处理结果输出给USB发送电路。

通过采用上述技术方案，USB发送电路包括USB发送芯片及其外围电路，USB发送芯片用于接收图像处理电路的输出信号，并转换为USB信号输出。

通过采用上述技术方案，图像传感器电路包括图像传感器芯片OX03C10，图像处理电路包括图像处理芯片FH8322，USB发送电路包括USB发送芯片SN9C2809EJG。

通过采用上述技术方案，还包括电源电路、存储器，电源电路用于对图像传感器电路、图像处理电路、USB发送电路、存储器提供电能，存储器用于数据存储。

通过采用上述技术方案，电源电路包括BUCK电源电路、LDO电源电路，分别用于提供不同的电源电压。

通过采用上述技术方案，电源电路包括1.1V电源电路、1.2V电源电路、1.8V电源电路、2.9V电源电路、3.3V电源电路，用于对各电路芯片提供相应电源。

第二方面，本申请提供的一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头，采用如下的技术方案：

一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头，包括电路板，在电路板上设置有本申请所述USB摄像头电路，用于将光学输入信号转换为USB信号输出，传输给USB终端。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请通过设置宽动态的图像采集与LFM处理电路，再进行图像处功能理得到能够进行宽动态与LFM功能的USB信号，实现宽动态和LFM功能；

2.进一步地，本申请的USB摄像头，采用能够进行宽动态与LFM功能的电路，能够实现在高动态范围的场景下，高亮区域不会过曝，暗区域的细节也能保留；在有LED Flicker的环境下，能够抑制亮灭变化或条纹现象。

附图说明

图1是本申请一个具体实施例的USB摄像头电路结构示意图；

图2是本申请一个具体实施例的图像传感器电路结构示意图；

图3是本申请一个具体实施例的图像处理电路结构示意图；

图4是本申请一个具体实施例的USB发送电路结构示意图；

图5是本申请一个具体实施例的一个电源电路结构示意图；

图6是本申请一个具体实施例的又一个电源电路结构示意图；

图7是本申请一个具体实施例的又一个电源电路结构示意图；

图8是本申请一个具体实施例的又一个电源电路结构示意图；

图9是本申请一个具体实施例的又一个电源电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。

本申请的一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，参照图1，包括图像传感器电路、图像处理电路、USB发送电路、电源电路和存储器，图像传感器电路、图像处理电路、USB发送电路依次连接。图像传感器电路用于采集宽动态范围的图像光信号，将光信号转换为电信号，进行LED闪烁抑制(LFM，LED Flicker Mitigation)功能处理，得到处理后的图像信号，以设定格式传输给图像处理电路，图像处理电路用于对图像信号进行处理，并以MIPI界面(Mobile Industry Processor Interface)传输给USB发送电路，USB发送电路用于以USB信号输出图像信号。

图像传感器电路包括图像传感器芯片及其外围电路，图像传感器芯片进行宽动态图像光信号采集和LFM功能处理，并以RAW格式输出数据信号给图像处理电路。

图像传感器芯片的时钟端、通讯端分别与图像处理电路的时钟端、通讯端连接，接收图像处理电路的时钟信号，并与图像处理电路进行通讯。

在图像传感器芯片的地址端设置地址，用于将图像传感器芯片作为图像处理芯片的从器件。

图像处理电路包括图像处理芯片及其外围电路，外围电路中包括时钟电路，用于提供图像处理芯片工作所需的时钟源。

图像处理芯片的通讯端还与USB发送电路的通讯端连接，用于作为USB发送芯片的从机。

图像处理芯片还连接存储器，用于存放固件参数及相关参数。

图像处理芯片与图像传感器电路的通讯端连接，用于配置或读取图像传感器芯片中相关寄存器的内容。

USB发送电路包括USB发送芯片及其外围电路，USB发送芯片接收图像处理芯片的YUV(一种颜色编码方式，Y表示亮度，U和V表示色度)信号，通过通讯端与图像处理芯片通讯。

USB发送芯片的外围电路包括复位芯片电路，复位芯片的输出端连接USB发送芯片的复位引脚，复位芯片的输入端接电源，当电源电压下降到设定值以下时，USB发送芯片复位。

电源电路包括BUCK电源电路、LDO电源电路，用于为USB摄像头电路提供需要的电源电压。

BUCK电源电路包括第一BUCK电源电路、第二BUCK电源电路、第三BUCK电源电路，LDO电源电路包括第一LDO电源电路和第二LDO电源电路，分别用于提供不同的电源电压。

第一BUCK电源电路用于将5V电压转换为3.3V电压。

第二BUCK电源电路用于将3.3V电压转换为1.1V电压。

第三BUCK电源电路用于将3.3V电压转换为1.2V电压。

第一LDO电源电路用于将3.3V电压转换为2.9V电压。

第二LDO电源电路用于将3.3V电压转换为1.8V电压。

在本申请的一个具体实施例中，图像传感器芯片采用芯片OX03C10，图像处理芯片采用芯片FH8322，USB发送芯片采用芯片SN9C2809EJG。

图像传感器电路，如图2所示，图像传感器芯片U1，其引脚C1、C2、E1、E2、B1、B2、F1、F2、D1、D2脚是MIPI输出引脚，分别与图像处理芯片的相应引脚相连接，用于将RAW格式的数据传输给图像处理芯片U3。C1和C2输出第0通道的MIPI数据，E1和E2输出第1通道的MIPI数据，B1和B2输出第2通道的MIPI数据，F1和F2输出第3通道的MIPI数据，D1和D2通道输出MIPI的时钟。

U1的F5脚是OX03C10的时钟输入引脚，由后端的图像处理芯片提供24MHz的时钟源。

U1的G7脚是OX03C10的复位S引脚，由后端的图像处理芯片控制。

U1的C7脚为I2C地址选择脚，通过电阻R2接地，表示U1的I2C地址为0x6C；U1的B6和A6脚为I2C通讯脚，与后端的图像处理芯片连接，作为图像处理芯片的从器件。

U1的AVDD电源脚需接2.9V，DVDD电源脚需接1.1V，DOVDD电源脚需接1.8V，以上电源脚均需要就近接滤波电容；DOGND和AGND脚均接地。

U1的B9、A9、F9、G9、D8脚均为参考电压引脚，需要外部就近接滤波电容。

图像处理电路，如图3所示，图像处理芯片U3的第53-62引脚为MIPI输入引脚，与前端的图像传感器芯片OX03C10连接，接收图像传感器芯片的RAW数据信号，分别为0-3通道的MIPI数据输入和MIPI的时钟输入；U3的第24-32引脚为MIPI输出引脚，与后端的USB发送芯片SN9C2809EJG连接，将经过图像处理后的YUV信号传输到USB发送芯片，分别为0-3通道的MIPI数据输出和MIPI的时钟输出。

U3的第66脚为时钟输出脚，与前端的图像传感器芯片连接，提供图像传感器芯片需要的24MHz时钟。

U3的第2脚与前端图像传感器芯片的复位引脚连接，用来控制图像传感器芯片的复位。

U3的第64、65脚为I2C通讯脚，与前端图像传感器芯片的I2C通讯脚连接，用来配置或读取图像传感器芯片的相关寄存器。

U3的第6、7脚是时钟信号脚，需要外接24MHz无源晶振，与图像处理芯片内部的时钟模块组成时钟电路。

U3的第44-47脚是SPI通讯脚，对应分别接SPIO_CS、SPIO_RXD、SPIO_TXD、SPIO_CLK信号，外接一颗SPI存储器(FLASH)，用来存放图像处理芯片的固件及效果调试参数。

U3的第36、37脚是作为从机的I2C通讯脚，对应分别接I2C_ISP_SDA、I2C_ISP_SCL信号，与后端的USB发送芯片连接。

U3的第40、41、49、50脚为串口通讯脚，对应分别接UART1_TX、UART1_RX、UART0_TX、UART0_RX，引出后留测试点，用于软件调试。

U3的第48脚为图像处理芯片的复位引脚，与后端的USB发送芯片连接，并由USB发送芯片控制，同时预留一颗复位芯片。

U3的第17脚为模拟高清复合信号的输出脚，串联电阻R23后接测试点TESTP，用来做AHD信号的测试。

U3的VDDK电源脚接1.1V；VDDIO_DEVICE0电源脚接3.3V，VDDA_MIPI_RX电源脚接3.3V，VDDA_MIPI_TX_DVP电源脚接3.3V，VDDA_DAC_PVDD和VDDA_DAC_DAVDD_DVDD33电源脚接3.3V，VDDA_LDO_SADC_XTAL电源脚接3.3V；VDDIO_SENSOR电源脚接1.8V，VDDIO_DEVICE1电源脚接1.8V。所有电源脚需要就近设置滤波电容。

U3的VDDA_PLL，VDDA_MIPI_TX_12A，VDD_EFUSE为图像处理芯片内部产生电源，需外接滤波电容。

USB发送电路，如图4所示，USB发送芯片U5，其第35-44脚为MIPI输入脚，与前端的图像处理芯片U3连接，接收图像处理芯片U3的YUV信号，分别为0-3通道的MIPI数据输入和MIPI的时钟输入。

U5的第18、19脚为USB输出引脚，与对外的插座连接。

U5的第29、30脚为I2C通讯脚，对应分别接I2C_ISP_SDA、I2C_ISP_SCL信号，与前端图像处理芯片U3作为从机的I2C通讯脚连接，实现两颗芯片的通讯。

U5的第52脚与前端图像处理芯片U3的复位脚ISP_RST连接，用来控制图像处理芯片U3的复位。

U5的第53-56脚为SPI通讯脚，外接一颗SPI FLASH，用来存放USB发送芯片的固件。

U5的第68脚为复位脚RSTN，外接一颗复位芯片，当3.3V供电跌到2.9V时，芯片复位。

U5的第7、8、9、26、48脚均需要外接3.3V电源；VDD12电源脚需外接1.2V电源；以上电源引脚均需就近接滤波电容。

U5的第50脚是内部1.2V LDO的输出脚，需要就近接滤波电容；U5的第47脚是内部提供1.8V LDO的输出脚，该LDO专门用来提供1.8V的IO电压，需要就近接滤波电容；U5的第49脚是内部2.8V LDO的输出脚，需要就近接滤波电容；U5的第67脚是内部1.8V LDO的输出脚，需要就近接滤波电容。

U5的第17、45脚与U5的第50脚连接；U5的第66脚与U5的第67脚连接。

电源电路，如图5-9所示，包括BUCK电源电路与LDO电源电路。

图5所示为BUCK电源电路，采用电源芯片U8，用于将5V电压降低为3.3V电压。

图6所示为又一BUCK电源电路，采用电源芯片U9，用于将3.3V电压降低为1.1V电压。

图7所示为一LDO电源电路，采用电源芯片U10，用于将3.3V电压降低为2.9V电压。

图8所示为又一BUCK电源电路，采用电源芯片U11，用于将3.3V电压降低为1.2V电压。

图9所示为又一LDO电源电路，采用电源芯片U12，用于将3.3V电压降低为1.8V电压。

本申请的图像传感器器电路，能够实现宽动态范围的图像光信号采集，同时能够进行LFM处理，提高图像质量；图像处理电路，将处理好的宽动态图像以MIPI界面传输到后端的USB发送电路，USB发送电路用于USB信号输出，实现了宽动态范围及LFM功能的摄像头电路。

采用本申请的USB摄像头电路，制成电路板，组装成USB摄像头器件，将光学输入信号转换为USB信号输出，传输给USB终端设备。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，包括依次连接的图像传感器电路、图像处理电路、USB发送电路，图像传感器电路用于进行宽动态的图像采集和LFM功能处理，图像处理电路对图像传感器电路输出的图像进行处理，并以MIPI界面传输给USB发送电路，USB发送电路用于以USB信号输出图像信号。

2.根据权利要求1所述具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，图像传感器电路包括图像传感器芯片及其外围电路，图像传感器芯片用于宽动态图像采集和LFM功能处理，并以设定格式输出数据信号给图像处理电路。

3.根据权利要求1所述具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，图像处理电路包括图像处理芯片及其外围电路，图像处理芯片用于对宽动态图像进行处理，并将处理结果输出给USB发送电路。

4.根据权利要求1所述具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，USB发送电路包括USB发送芯片及其外围电路，USB发送芯片用于接收图像处理电路的输出信号，并转换为USB信号输出。

5.根据权利要求1所述具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，图像传感器电路包括图像传感器芯片OX03C10，图像处理电路包括图像处理芯片FH8322，USB发送电路包括USB发送芯片SN9C2809EJG。

6.根据权利要求1所述具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，还包括电源电路、存储器，电源电路用于对图像传感器电路、图像处理电路、USB发送电路、存储器提供电能，存储器用于数据存储。

7.根据权利要求6所述具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，电源电路包括BUCK电源电路、LDO电源电路，分别用于提供不同的电源电压。

8.根据权利要求7所述具有宽动态和LFM功能的USB摄像头电路，其特征在于，电源电路包括1.1V电源电路、1.2 V电源电路、1.8 V电源电路、2.9 V电源电路、3.3 V电源电路，用于对各电路芯片提供相应电源。

9.一种具有宽动态和LFM功能的USB摄像头，其特征在于，包括电路板，在电路板上设置有如权利要求1-8任一所述USB摄像头电路，用于将光学输入信号转换为USB信号输出，传输给USB终端。

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