camera調試名詞及問題策略

要認識CMOS攝像頭的結構。咱們一般拿到的是集成封裝好的模組，通常由三個部分組成：鏡頭、感應器和圖像信號處理器構成。通常狀況下，集成好的模組咱們只看到外面的鏡頭、接口和封裝殼，這種通常是固定焦距的。有些廠商只提供芯片，須要本身安裝鏡頭，鏡頭要選擇合適大小的鏡頭，若是沒有夜視要求的話，最好選擇帶有紅外濾光的鏡頭，由於通常的sensor都能感應到紅外光線，若是不濾掉，會對圖像色彩產生影響，另外要注意在PCB設計時要保證鏡頭的聚焦中心點要設計在sensor的感光矩陣中心上。除了這點 CMOS Sensor硬件上就和普通的IC差很少了，注意不要弄髒或者磨花表面的玻璃。
　　其次，CMOS模組輸出信號能夠是模擬信號輸出和數字信號輸出。模擬信號通常是電視信號輸出，PAL和NTSC都有，直接連到電視看的；數字輸出通常會有並行和串行兩種形式，因爲圖像尺寸大小不一樣，所要傳輸的數據不一樣，數據的頻率差別也很大，可是串行接口的pixel clock頻率都要比並行方式高（一樣的數據量下這不難理解），較高的頻率對外圍電路也有較高的要求；並行方式的頻率就會相對低不少，可是它須要更多引腳連線；因此這應該是各有裨益。（筆者測試使用的系統是8bit並行接口）另外輸出信號的格式有不少種，視頻輸出的主要格式有：RGB、YUV、BAYER PATTERN等。通常CMOS Sensor模組會集成ISP在模組內部，其輸出格式能夠選擇，這樣能夠根據本身使用的芯片的接口作出較適合本身系統的選擇。其中，部分sensor爲了下降成本或者技術問題，sensor部分不帶ISP或者功能很簡單，輸出的是BAYER PATTERN，這種格式是sensor的原始圖像，所以須要後期作處理，這須要有專門的圖像處理器或者鏈接的通用處理器有較強的運算能力（須要運行圖像處理算法）。
　　無論sensor模組使用何種數據格式，通常都有三個同步信號輸出：幀同步/場同步（Frame synchronizing）、行同步（Horizontal synchronizing）和像素時鐘（pixel clock）。要保證信號的有效狀態與本身系統一致，如都是場同步上升（降低）沿觸發、行同步高（低）電平有效等。
　　經過以上介紹，咱們就能夠根據本身的使用的系統選擇適合的sensor模組。要選擇接口對應（若是並行接口，sensor模組輸出數據bit位多於接受端，能夠用丟棄低位的數據的方法鏈接）、數據格式能夠接受或處理、pixel clock沒有超過可接受的最高頻率（有的是可調的，但幀率會受影響）、場同步和行同步能夠調節到一致的sensor模組，這樣才能夠保證可使用。
　　保證這些條件的正確性下，還要符合它的硬件電路要求，首要的是肯定它的電源、時鐘、RESET等信號是否符合芯片要求，其次要看全部的引腳是否鏈接正確，這樣保證外圍的電路沒有錯誤狀況下才可能正確顯示圖像。各個廠商生產的產品各不相同，一些廠商的sensor模組在默認狀態下就能夠輸出圖像，而有些廠商的sensor模組必需要設置一些寄存器之後才能夠獲得圖像。區別是否能夠直接輸出圖像，能夠經過檢測sensor 的輸出腳，若是三個同步信號都有，數據線上也有數據，那通常就會有默認圖像輸出，另外也能夠跟廠商聯繫得到有關信息。若是沒有默認輸出就須要設置寄存器了，通常都是經過兩線串行方式（IIC總線使用頻率很高）設置寄存器。　　　　
　　
　　攝像頭問題及解決辦法彙總
　　1、名詞解釋
　　1. 白平衡
　　白平衡指的是傳感器對在光線不斷變化環境下的色彩準確重現的能力表示。大多數拍照系統具備自動白平衡的功能，從而能在光線條件變化下自動改變白平衡值。設計工程師尋找的圖像傳感器應該配備了一個很好的自動白平衡（AWB）控制，從而提供正確的色彩重現。
　　2. 動態範圍
　　動態範圍測量了 圖像傳感器在同一張照片中同時捕獲光明和黑暗物體的能力，一般定義爲最亮信號與最暗信號（噪聲門檻級別）比值的對數，一般用54dB來做爲商業 圖像傳感器的通用指標。具備較寬動態範圍的 圖像傳感器能夠在明光環境下提供更好的性能（例如，使用較窄動態範圍傳感器在明光環境下拍出的照片會出現「水洗」或模糊的現象。）
　　3. 工頻干擾 (Banding)
　　Sensor在日光燈做爲光源下獲取圖像數據時會產生flicker，其根本緣由是照在不一樣pixel上光能量不一樣產生的，所接受的光能量的 不一樣也就是圖像的亮度的不一樣。
　　因爲CMOS sensor的曝光方式是一行一行的方式進行的，任何一個pixel的曝光時間是同樣的，也就是同一行上的每一個pixel的曝光開始點和曝光的時間都是如出一轍的，因此同一行的全部點所接收到的能量是同樣的，而在不一樣行之間雖然曝光時間都是同樣的，可是曝光的開始點是不一樣的，因此不一樣行之間所接受到的能量是不必定相同的。 爲了使不一樣行之間所接受的能量相同，就必須找一個特定的條件，使得每一行即便曝光開始點不一樣，可是所接受的光能量是相同的，這樣就避開了flicker，這個特定的條件就是曝光時間必須是光能量週期的整數倍時間。
　　Banding由工頻干擾引發，交流電光源都有光強的波動，在中國交流電頻率是50Hz，光強的波動就是100Hz，週期10ms。若是camera曝光時間不是10ms的整數倍，那麼在不一樣的感光面接收到的光能量必定不同，體如今圖像上就是有明暗條紋。 消除banding就得想辦讓曝光時間是10ms的整數倍！60Hz的交流電須要控制曝光時間爲8.33ms的整數倍。
　　以50Hz爲例說明，實現這個有兩種辦法：
　　一、設置曝光控制，強制爲10ms整數倍變化，可是這樣會浪費一部分曝光時間，致使曝光沒法用滿，在室內天然就會損失性能。
　　二、修改楨率，使每楨圖像分到的時間是10ms的整數倍，則能夠用滿每楨曝光時間在，室內效果更好。修改楨率能夠插入Dummy Line或者Dummy Pixel。這須要一點點計算，具體計算須要看sensor輸出Timing。
　　例如把楨率設置爲7.14fps，則每楨曝光時間是140ms。若是是15fps，則每楨曝光時間是66.66ms，若是強制曝光爲10ms整數倍，最大即60ms，則有6.66ms沒法參與曝光，損失性能。
　　具體調整楨率方法得和sensor的FAE溝通，每一個sensor均可能不同，不能一律而論。調整楨率還有個原則要注意，預覽通常不能低於 10fps，再低就很卡，經常使用14.3fps和12.5fps；抓拍不能低於5fps，不然用手就很難拍出清晰的照片，經常使用7.14fps。楨率是一個權 衡折中
　　的選擇，高了曝光時間不夠，暗光效果太差，低了無法拍照，容易虛。
　　4. Lens Shading (color shading)
　　5. Chief Ray Angle
　　拍攝鏡頭和傳感器之間的接口是整個可拍照手機系統中最重要 的接口之一。隨着鏡頭的長度變得愈來愈短，光線到達傳感器像素位置的角度也就會變得愈來愈大。每一個像素上都有一個微鏡頭。微鏡頭的主要功能就是未來自不一樣 角度的光線聚焦在此像素上。然而，隨着像素位置的角度愈來愈大，某些光線將沒法聚焦在像素上，從而致使光線損失和像素響應下降。
　　從鏡頭的傳感器一側，能夠聚焦到像素上的光線的最大角度被定義爲一個參數，稱爲主光角(CRA)。對於主光角的通常性定義是：此角度處的像素響應下降爲零度角像素響應(此時，此像素是垂直於光線的)的80%。
　　光 線進入每一個像素的角度將依賴於該像素所處的位置。鏡頭軸心線附近的光線將以接近零度的角度進入像素中。隨着它與軸心線的距離增大，角度也將隨之增大。 CRA與像素在傳感器中的位置是相關的，它們之間的關係與鏡頭的設計有關。很緊湊的鏡頭都具備很複雜的CRA模式。若是鏡頭的CRA與傳感器的微鏡頭設計 不匹配，將會出現不理想的透過傳感器的光線強度(也就是「陰影」)。經過改變微鏡頭設計，並對拍攝到的圖像進行適當處理，就能夠大大下降這種現象。
　　改 變微鏡頭設計能夠大大下降陰影現象。然而，在改變微鏡頭設計時，必須與鏡頭設計者密切配合，以便爲各類拍攝鏡頭找到適合的CRA模式。相機的設計工程師應 該確保這種技術合做得以實現，並確保傳感器與鏡頭CRA特性能夠很好地匹配。爲確保成功實現此目標，美光開發了相關的仿真工具和評價工具。
　　因爲光 線是沿着不一樣的角度入射到傳感器上的，所以對於各類鏡頭設計而言，陰影現象都是固有的。「cos4定律」說明，減小的光線與增大角度餘弦值的四次方是成比 例關係的。另外，在某些鏡頭設計中，鏡頭可能自己就會阻擋一部分光線(稱爲「暈光」)，這也會引發陰影現象。因此，即便微鏡頭設計能夠最小化短鏡頭的陰影 現象，此種現象仍是會多多少少地存在。爲了給相機設計者提供額外的校訂陰影現象的方法，MT9D111中內嵌的圖像處理器包含了陰影校訂功能，它是爲某些 特定鏡頭而定製的。 爲了幫助設計工程師將傳感器集成在他們的產品中，美光爲其生產的全部傳感器產品提供了各類開發軟件。經過使用這些軟件，相機設 計工程師能夠簡化對各類芯片特性默認值的修改過程。每種變化的結果均可以顯示在一個PC監視器上。對於不少相機中用到的新型鏡頭，經過使用這個開發系統， 能夠對校訂鏡頭陰影和空間色彩失真進行參數設置。經過使用一個均勻點亮的白色目標，能夠對設置響應過程進行簡單的試驗。軟件開發工具可顯示對陰影現象的分 析結果。以後，工程師就可使用區域方法來應用校訂值。關於校訂過程的寄存器設置將保存在開發系統中，以用於相機設計。
　　6. Binning
　　Binning是將相鄰的像元中感應的電荷被加在一塊兒，以一個像素的模式讀出。Binning分爲水平方向Binning和垂直方向 Binning，水平方向Binning是將相鄰的行的電荷加在一塊兒讀出，而垂直方向Binning是將相鄰的列的電荷加在一塊兒讀出，Binning這一 技術的優勢是能將幾個像素聯合起來做爲一個像素使用，提升靈敏度，輸出速度，下降分辨率，當行和列
　　同時採用Binning時，圖像的縱橫比並不改變，當採 用2:2Binning，圖像的解析度將減小75%。在手機小屏幕上Preview時建議用這種方式 而不是經過DSP來作抽點的動做。
　　7. IR cut （濾除紅外光）
　　sensor不只對可見光譜感光,並且對紅外光譜感光. IR就是infrared紅外光, 若是沒有IR-Cut Filter,圖象就會明顯偏紅,這種色差是無法來用軟件來調整的,通常IR-Cut在650+/-10nm,而UV,紫外光的能量很小,通常就忽略了.
　　未加IR cut 拍攝的照片,可見影響最大的是圖像的色彩.
　　2、圖像傳感器拍攝問題彙總
　　1. 出現橫向條紋
　　好比出現橫向的紫色或綠色條紋。通常狀況下是時序有問題。
　　實例圖以下：
　　硬件改善了MCLK和PCLK線，如今已經基本沒有綠線了.
　　走線的時候要注意 MCLK、PCLK還有幀同步（vsync）和行同步（hsync），基本上市面上的芯片這些信號都要分開走線，最好加GND shielding.
　　總結:
　　現象: 閃橫的紫色或綠色干擾線
　　緣由: Hsync和高速線距離太近太長, 產生了耦合(10cm的高速線產生約5pF左右的耦合電容), 致使HSYNC不能迅速拉昇至90%的區域，相位不一樣步，最終數據採集有錯位。而後由於YUV算法的做用，引發綠線和紫色的閃線。
　　解決辦法：絕對禁止將HSYNC，PCLK，MCLK這三根線擠在一塊兒走線。 1）HSYNC夾在低速線SDA和SCL之間
　　2）PCLK和MCLK若是必定要貼着走線，最好拉開一點距離，當中夾一根地線。
　　2. 顏色和亮度不連續
　　通常是數據線存在短路、斷路和連錯的問題。圖像會出現相似於水波紋的等高線或大面積色偏. D信號丟失畫面總體也會色偏，好比RGB565,D0~D4均斷路圖像會因藍色和綠色信號丟失過多而呈現紅色。
　　1）一根數據線虛焊致使的等高線及顏色失真例子
　　等高線
　　正常的圖像
　　2）兩根數據線和其餘設備複用致使的偏綠問題
　　8根數據線中有兩根被其它設備複用了，因此這兩跟線沒出數據。
　　3）數據線接反的狀況：
　　4）數據線錯位
　　例1. 好不容易把OV2640初始化了，可是預覽的圖像卻不對，附件是我capture的一張圖（個人一根手指頭-_-|||）。 我用Photoshop分析了一下上面的圖片，發現只有G通道有信號，RB通道全黑。
　　我測了一下2640的10根數據線與CSI的16根數據線的鏈接關係，發現硬件工程師布板時弄錯了將sensor的10根數據線D[0]~D[9]連到了CSI的D[4]~D[15],而CSI取得的是D[8]~D[15]的8bit數據，結果形成了數據位的錯位與丟失，形成了以上圖像的情況。
　　5） 數據線問題例圖彙總
　　第一張是亮度很低的狀況下抓到的原始數據圖像
　　第二張是將光圈調大之後出現的現象
　　3. 圖像中只有紅或綠顏色
　　Y和U/V的順序不對。將攝像頭的採樣格式由CbYCrY改成YCbYCr後,顏色就對了。 示例圖片以下所示：
　　4. 橫向無規則條紋
　　5. 豎向無規則條紋
　　6. 偏紅
　　7. 熱噪聲.
　　過一段時間噪點逐漸增多.
　　開始工做時正常的，，沒有色點，工做過一段時間後，模組開始出現色點，並且色點愈來愈多. 如上圖所示. 緣由：
　　工做一段時間sensor溫度會提高，溫度升高會加重半導體材料的本徵激發。這會致使sensor S/N下降，noise加重。此情況與sensor材料關係較大，後端或軟件處理能夠減緩此情況但不能根除。這種叫hot pixel，是芯片過熱形成的。
　　8. 模擬電壓太低或不穩定
　　模擬電壓太低致使很強的光才能感應圖像，而且偏色。
　　例1以下圖所示，只有天花板上的燈管才感應成像，其餘部分很模糊。
　　例2， 模擬電壓太低致使豎向條紋。提升AVDD後問題解決。
　　例3，在調試 OV7725時發現，剛打開攝像頭時圖像有條紋，開了一段時間後圖像就正常了，有沒有哪位知道是什麼緣由；不正常的圖像以下。查出問題了，是模擬電壓不穩致使的。
　　9. 背部材料太薄致使「鬼影」
　　補強的表面要用亞光黑油，防止漏光。
　　例1. OV2715異常圖像，感測到了背面電路板的漏光，圖像以下：
　　例2，GC0307 圖像異常，以下圖。 中間有條線，像分層那樣的線，正常狀況是沒有。格科微的叫咱們四周都補膠，就解決啦。
　　10. 由噪聲致使的圖像橫紋
　　在新版的電路板中，將CMOS移到離主IC較遠的地方現象就消失了，以前是放在主IC的背面，猜想是主IC對CMOS形成的影響，好比在模擬電壓上引入噪聲。 示例1 以下圖所示。
　　示例2：
　　cmos爲ov的30w像素，型號爲ov7141。使用時出項很明顯的水平方向的橫波紋。 採用3.3v和2.5v供電，其中VDD_C和VDD_A是由2.5v供電，pcb上直接將他們連在一塊兒接2.5v。直接鋪地，沒有劃分模擬地和數字地。
　　使用外接電源對AVDD供電，沒有出現上述現象。能夠肯定是由主板的電源噪聲引發的
　　改板後效果還能夠，主要改動有：
　　1) 原來是兩層板，如今用的是4層板，有專門的電源層
　　2) LDO輸出改用大容量的鉭電容濾波。示波器測量電源紋波 比之前小了。
　　11. 工頻干擾
　　在室外天然光下若是不會出現，那必定是50/60Hz引發的flicker;
　　12. Lens校準參數未調好致使的中間較亮的狀況
　　用OV9650攝像頭模組拍的圖片，像素是800 X 600；中間較亮
　　從硬件來講，多是lens set與sensor不匹配，特別是CRA，你得看看datasheet二者是否差距太大。
　　軟件上，多是lens correction沒調好（我的感受樓主情況屬此列），設定好correction區域而後將gain值拉高讓中心與周邊亮度差別減小，若是此時整個畫面過曝，能夠將總體gain值再往下調（也能夠設定曝光參數來減小畫面亮度）。
　　按以上方法調整OV9650的幾個與lens correction有關的寄存器的值，使中心和四周的亮度均勻！
　　13. 經過自動增益控制下降噪點
　　在調試OV7675時，圖像有左邊是模糊的，右邊正常，圖片以下：
　　將 AGC 調小以後不會出現了，可是沒以前亮了.效果以下:
　　14. 自動曝光計算出現的偏綠現象
　　OV7670：
　　在室外光線較亮拍攝時，畫面顏色任什麼時候候都正常。
　　在室內光線較暗拍攝時，剛打開攝像時拍攝的畫面偏綠，幾秒鐘以後就會恢復正常。
　　屬於正常現象。
　　OV7670 30W 計算AE時間比較長。在計算AE的過程當中容易出現偏色現象。 能夠丟幀或者延時解決這個問題
　　15. 時序不對致使的圖像上部或下部出現條紋 因Vsync偏移出現問題的例子以下圖所示。
　　問題解決方法：
　　camera 模組的timing調整不了。修改AP的camera控制，使垂直同步偏移12 rows. 圖像輸出正確。
　　16. lens鏡間反射致使的眩光
　　這是一顆5M的模組拍攝的圖片，天花板的燈在視場外邊緣，圖中爲什麼出現紫紅色的光？是什麼緣由形成的？
　　屬眩光現象，通常是因爲多片lens鏡間反射形成。經過改善鍍膜製程，增長鏡片透射率能夠緩解次問題。
　　另外，這張照片光心偏到左邊去了，holder偏移？lens set circle夠大啊，這種偏移都能cover掉。
　　多謝各位關注，問題已經解決，此現象是lens組裝到模組上面的機構問題產生。
　　17. pclk與vsync佈線干擾
　　在調試一款手機攝像頭(OV7675)時,發現畫面垂直不一樣步,主要是畫面的下半部分跳動很厲害,上半部分是好的.
　　問題已經找到了,幀同步VSYNC和PCLK佈線有干擾
　　18. PCLK採樣邊沿選擇不對致使的噪點
　　例1，圖中有噪點
　　轉換了一下Pclk的極性，這個躁點的問題獲得了很好的解決。
　　例2. ov7675拍出來的照片發綠。多是PCLK採樣邊緣不對，能夠試試將pclk反向。也多是數據線缺失問題。
　　例3， 以下圖所示。經過修改pclk的上升沿和降低沿就解決了。
　　主要有兩點：
　　1.修改PCLK的上升沿的斜率。 2.或者修改I/O的上升沿的斜率。
　　緣由是不一樣廠家的模組layout的走線的長短，FPC的厚薄，均可能影響到PCLK的獲取， FPC的公差過大，或者頭板的製做是否有什麼問題，均可能引發這個問題。 若是能夠經過硬件的方式改變PCLK上升沿的斜率，也能夠解決這個問題。
　　來結案了，經過修改pclk的上升沿和降低沿就解決了
　　19. FPN問題
　　白天或亮一點的地方是沒有這個問題，就只有在低照度下使用閃光燈拍照會有這樣的情形。
　　FPN( fixed pattern noise), 無解。
　　20. 臺階效應
　　gain過大，把digitalize的量化步距，乘大了，就出現臺階效應。還與內部的量化精度不夠，有關係。
　　另外，若不一樣的顏色通道的gain不一樣（白平衡計算出的R/G/B_gain不一樣），會出現color phase error。
　　示意圖，以下，只畫了B、G兩個通道，B_gain比G_gain大，會形成灰階的景物，有的地方B大，有的地方G大，就會出現顏色不斷交替。
　　結合上臺階效應，可能就會表現成的這幅圖
　　21. 因電源問題產生的豎向條紋
　　如今已經肯定是電源的問題了，我在每一個電源都並上了一個大電容，條紋消失了。如今我是用CPU的I/O採集的，效果很好。
　　22. Lens與攝像頭不匹配致使的部分偏紅現象
　　圖中下方居中的地方偏紅。ov工程師將LENS CORRECTION調到了極限問題還存在，確認是LENS與SENSOR不匹配形成的，模組廠家更換了鏡頭後問題基本解決。
　　我下載了你的圖片發現有如下問題：
　　１．首先你的照片awb就不對，自己這張照片就沒有達到白平衡． ２．照片邊界鋸齒現象很嚴重．
　　３． 色偏問題，你首先要了解一下你的sensor的Lenschief ray angle角度是多少，還有lens的CRA是多少.若是lens的CRA小於sensor的．必定會有偏色的現象．要麼換lens．若是市場上找不合適 的Lens,就說明sensor 自己品質不是很好．
　　4.理論上lens shading是解決lens的通透率不同的問題．但也許各家回加本身的算法，能夠一試．
　　５．若是Lens 和sensor都已經固定，能夠人爲想一些辦法來減小色差． a.能夠將顏色調淡點，這樣就不太明顯
　　b．作AWB校訂，排除不一樣sensor對RGB感應的不一樣，引發AWB曲線走的不許．
　　CRA通俗的講是lens的主軸光線和對成像有貢獻的最大的如射光線的夾角,通常Lens廠商會提供CRA曲線,由於Lens從中心到四周的CRA是不同的.
　　偏紅除了SHADING外可能仍是要調AWB，由於圖片的下方其實就是一片白色，sensor在照白色的地方出現了偏紅，再試試調整一下AWB，或者在燈箱裏看看R,G,B的三條線是
　　否重合！
　　若是是AWB的問題，那爲何圖像還有白色區域呢？AWB是不會調的有的偏色，有的不偏，不知道的就不要亂說。
　　若是是CRA不比配，那出現的偏色應該是對稱的，下面偏紅則上面必定會偏紅。 我的以爲應該是漏光形成的，不是barrel就是通光孔那裏引入了雜光。
　　23． DOVDD28走線過細過長以及地線不合理 現象：花屏
　　緣由：2.8V電壓由於導線上的電阻吸取了電壓，致使驅動能力不夠。地線被拉高併產生毛刺現象，影響信號完整性和數據採集。
　　24. DVDD電壓有問題
　　圖中的高光部分是辦公室窗戶。其它部分全黑，沒有任何細節？ 是什麼緣由？AWB？AGC？仍是對比度啊？
　　問題解決了，是DVDD電壓不對。
　　datasheet寫的1.8V，問了FAE結果是1.2V。
　　25. 增益小致使的白色條紋問題
　　當對着白色的物體時，剛進入預覽時，會出現下圖中顯示的條紋，當移動手機時，則這種條紋消失，之後也不會出現，只有再次進入預覽時可能會出現，請教各位大蝦究竟是什麼緣由？
　　這個問題，如今已經解決了，加大了初始化代碼中的增益以後，就能夠了。
　　26. 幀率問題致使的圖像錯位
　　Sensor爲0v9655 在拍sxga 130萬圖像有時會出現圖像錯位的問題（如圖），vga的則不會出現，幫忙分析。謝謝！
　　幀率過高了,暴光時間短了.能夠調整VBLANK,HBLANK來解決 再下降FPS到5,試試,你的buffer速度呢?? 謝謝你們！在我這裏下降幀速率比較有效。
　　27. 電源噪聲
　　OV9653出現如圖所示的橫向紋路。
　　問題已經解決，電源問題，AVDD加鉭電容就行了。估計是電源紋波比較嚴重致使的。