OV2640摄像头学习
OV2640基本介绍
OV2640是OmniVision公司生产的一颗1/4寸的CMOS UXGA（1632*1232）图像传感器；
支持自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡、自动消除灯光条纹等自动控制功能。
UXGA最高15帧/秒，SVGA可达30帧，CIF可达60帧；
支持图像压缩，即可输出JPEG图像数据.
OV2640 传感器采用 BGA 封装，它的前端是采光窗口，引脚都在背面引出。
引脚的分布
管脚
| 管脚名称 |
管脚类型 |
管脚描述 |
| OV_SCL |
输入 |
SCCB总线的时钟线，可类比I2C的SCL |
| OV_SDA |
I/O |
SCCB总线的数据线，可类比I2C的SDA |
| RESETB |
输入 |
系统复位管脚，低电平有效 |
| PWDN |
输入 |
掉电/省电模式，高电平有效 |
| HREF |
输出 |
行同步信号 |
| VSYNC |
输出 |
帧同步信号 |
| PCLK |
输出 |
像素同步时钟输出信号 |
| XCLK |
输入 |
外部时钟输入端口，可接外部晶振 |
| D0…D7 |
输出 |
像素数据输出端口 |
OV2640原理图
基本概念:
UXGA:分辨率为1600*1200的输出格式
SXGA:分辨率为1280*1024输出格式
VGA：分辨率为640*480的输出模式
QVGA：分辨率为320*240的输出格式
QQVGA：分辨率为160*120的输出格式
SVGA:分辨率为800*600的输出格式
VGA：分辨率为640*480的输出格式
常见的摄像头传感器类型主要有两种
- CCD（Chagre Couled Device），即电荷耦合器，目前被广泛应用于大部分数码相机上，这是一种特殊的半导体材料，它由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常按矩阵排列。光线透过镜头照射到CCD上，并转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于其受到的光照强度。当摄影者按动快门时，CCD可将各个元件的信息传送到模/数转换器上，然后将模拟电信号转变为数字信号，数字信号再以一定的格式压缩后存入缓存内，这样就完成了数码相片的整个拍摄。
- CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），即互补金属氧化物半导体，它在微处理器和闪存等半导体技术上占有重要的地位，也是一种可用来感受光线变化的半导体，其组成元素主要是硅和锗，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本功能。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。由于CMOS结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，从而生产成本可以降低，理论上讲，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，CCD是以行为单位的电流信号，相比较而言，前者更为敏感、速度更快、更为省电。目前CMOS技术发展还不成熟，这种高质量的CMOS还只应用于一些专业的数码相机上，而在一些低档数码相机上常使用廉价低档的CMOS，成像质量一般比较差。
信号
- VSYNC，即帧同步信号,一个VSYNC信号结束表示一帧（即一个画面）的数据已经输出完毕;
- HREF /HSYNC，即行同步信号,一个HSYNC信号结束表示一行的数据已经输出完毕;
- PCLK，即像素时钟，一个PCLK时钟，输出一个(或半个)像素,一个PCLK信号结束表示一个数据已经输出完毕;
系统上电后，MCU配置OV2640的工作方式，在OV2640准备好图像后，VSYNC会被拉高一段时间，在此时间内MCU通过PCLK上升沿中断按字节接收图像数据。帧同步信号-摄像头开始发送一帧图像（如320x160个像素）时发出的信号。像素同步信号则是开始发送一个像素点时发出的信号。
图像格式RGB
若图像格式设置为 RGB565，两个字节传输一个RGB像素数据，进行数据输出时，D0-D7 数据线在 PCLK 在上升沿阶段维持稳定，并且会在 1 个像素同步时钟 PCLK 的驱动下发送 1 字节的数据信号，所以 2 个 PCLK 时钟可发送 1 个 RGB565 格式的像素数据。当 HREF 为高电平时，像素数据依次传输，每传输完一行数据时，行同步信号HREF 会输出一个电平跳变信号间隔开当前行和下一行的数据；一帧的图像由 N 行数据组 成，当 VSYNC 为低电平时，各行的像素数据依次传输,每传输完一帧图像时，VSYNC 会输出一个电平跳变信号。
流程图
通过SSCB初始化摄像模块（初始化上百个寄存器）
等待帧同步信号VSYNC上升沿，开始读取一帧的数据
在此过程中VSYNC保持高电平，每个像素同步信号PCLK下降沿，开始读走8位数据线的数据（1像素），重复n次
直到帧同步信号VSYNC下降沿，一帧图像数据读取结束
等待帧同步信号VSYNC上升沿，开始读取新一帧的数据
SCCB 时序
SCCB（Serial Camera Control Bus） 串行摄像机控制总线协议，对 OV2640 寄存器的配置参数是通过 SCCB 总线传输过去的，而 SCCB 总线跟 I2C 十分类似，所以在 STM32 驱动中可以直接使用片上 I2C 外设与它通讯。SCCB 的起始信号、停止信号及数据有效性与 I2C 完全一样
起始信号：在 SCL（图中为 SIO_C）为高电平时，SDA(图中为 SIO_D)出现一个下降沿，则 SCCB 开始传输。
停止信号：在 SCL 为高电平时，SDA 出现一个上升沿，则 SCCB 停止传输。
数据有效性：除了开始和停止状态，在数据传输过程中，当 SCL 为高电平时，必须保证SDA 上的数据稳定，也就是说，SDA 上的电平变换只能发生在 SCL 为低电平的时候，SDA 的信号在 SCL 为高电平时被采集。
SCCB 特性都与 I2C 无区别，完全可以使用 STM32 的 I2C 外设 来与 OV2640 进行 SCCB 通讯。
采集数据初始化
void OV2640_CaptureGpioInit(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<4;
GPIOC->CRL = 0x88888888;
GPIOC->ODR |= 0x00FF;
/* 初始化VSYNC连接引脚为上升沿中断 */
Exit_Init(GPIOB, GPIO_Pin_8, GPIO_Mode_IPU, EXTI_Trigger_Rising_Falling, 2, 5); //VSYNC
/* 初始化PCLK连接引脚为下降沿中断 */
Exit_Init(GPIOB, GPIO_Pin_15, GPIO_Mode_IPU, EXTI_Trigger_Falling, 2, 4);//PCLK
GpioInit(GPIOB, GPIO_Pin_14, GPIO_Mode_IPU, (GPIOSpeed_TypeDef)0);
}中断处理程序
u8 JpegBuffer[10240];
u32 JpegDataCnt = 0;
u8 VsyncActive = 0;
//VSYNC触发中断
void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8); //清除中断标志位
GPIOA->ODR ^= (1 << 0); //LED闪烁一次
if(GPIOB->IDR & (1<< 8))//PB8连接VSYNC
{
EXTI->IMR |= EXTI_Line15; //使能像素同步
EXTI->EMR |= EXTI_Line15;
VsyncActive = 1;
}
else
{
EXTI->IMR &= ~EXTI_Line15; //关闭像素同步
EXTI->EMR &= ~EXTI_Line15;
if(VsyncActive == 1)
{ //第二次进入帧同步信号中断，一帧数据传输完毕
VsyncActive = 2;
EXTI->IMR &= ~EXTI_Line8; //关闭帧同步中断
EXTI->EMR &= ~EXTI_Line8;
}
else
{
VsyncActive = 0;
}
}
}
//PCLK触发中断
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line15); //清除中断标志位
JpegBuffer[JpegDataCnt++] = (u8)(GPIOC->IDR); //PC0~PC7与D0~D7相连，存储数据
}
传输图像至串口
while(1)
{
if(VsyncActive == 2)
{
for(i = 0; i < JpegDataCnt; i ++)
{
USART_Transmit(JpegBuffer[i]);
}
JpegDataCnt = 0; //传输完一帧图像，JPEG重新计数
EXTI->IMR |= EXTI_Line8; //使能帧同步信号中断
EXTI->EMR |= EXTI_Line8;
}
}运行效果
