一種深海水下高清照相系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種深海水下高清照相系統，包括：厚度為15-20mm的耐壓玻璃；設置在耐壓玻璃后端的16mm定焦攝像頭透鏡；設置在透鏡后端的圖像采集模塊；設置在圖像采集模塊后端的圖像處理模塊；設置在圖像處理模塊后端的電源管理模塊；設置在電源管理后端的接口；其中所述耐壓玻璃，透鏡，圖像采集模塊，圖像處理模塊，電源管理模塊和接口采用整體密封耐壓的框架封裝設置。本發(fā)明用于采用MIPI接口的低壓差分串口的采用背照式CMOS傳感器進行圖像采集，使得在深海中光線不足的情況下有更好的圖像質量和在深海中工作的拖體在海流中劇烈晃動下能有更快的圖像采集速度和較強的抗干擾能力。
【專利說明】一種深海水下高清照相系統

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于數字圖像【技術領域】，特別地涉及一種深海水下高清照相系統。

【背景技術】
[0002]深海照相機是用于海底和水中拍攝地質，生物以及海水流動態(tài)的照相機。在多金屬結核，錳結殼以及塊狀硫化物等資源勘探中非常實用。目前，深海水下照相機都普遍是1000萬像素以下，采取CXD圖像傳感器加DSP處理。CXD圖像傳感器需要提供的電壓多，整個電路復雜，耗電量大，而且米集圖像速度較慢，同時，CCD傳感器在弱光的時候表現較差。
[0003]現如今隨著CMOS技術的迅速發(fā)展普及，CMOS電路消噪技術的不斷成熟，高密度優(yōu)質的CMOS圖像傳感器越來越多的進入實際使用。而對于傳統水下相機中采用的DVP并口上，需要PCLK，VSYNC, HSYNC等時鐘同步信號配合數據傳輸，信號線多，干擾較大，抗干擾能力弱，在信號完整性方面受限制，速率也受限制。
[0004]故，針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現有技術中存在的缺陷，避免造成在深海中光線不好的情況下圖像質量差和圖像傳輸速度慢的問題。


【發(fā)明內容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種深海水下高清照相系統，用于采用MIPI接口的低壓差分串口的采用背照式CMOS傳感器進行圖像采集，使得在深海中光線不足的情況下有更好的圖像質量和在深海中工作的拖體在海流中劇烈晃動下能有更快的圖像采集速度和較強的抗干擾能力。
[0006]為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案為:
[0007]一種深海水下高清照相系統，包括:
[0008]厚度為15_20mm的耐壓玻璃；
[0009]設置在耐壓玻璃后端的16_定焦攝像頭透鏡；
[0010]設置在透鏡后端的圖像采集模塊，所述圖像采集模塊用于將采集到的高像素圖像信息通過MIP1-CSI2接口傳輸到圖像處理模塊；
[0011]設置在圖像采集模塊后端的圖像處理模塊，所述圖像處理模塊用于對接收的原始圖像數據進行處理并格式轉換，從RGB888的原始數據轉換成PIG格式；
[0012]設置在圖像處理模塊后端的電源管理模塊，用于提供圖像處理模塊中所需的各個電壓以及VBAT電壓輸出給圖像采集模塊；
[0013]設置在電源管理后端的接口，為電源的輸出端，提供圖像采集模塊和圖樣處理模塊的工作電壓；
[0014]其中所述耐壓玻璃，透鏡，圖像采集模塊，圖像處理模塊，電源管理模塊和接口采用整體密封耐壓的框架封裝設置。
[0015]優(yōu)選地，所述圖像采集模塊采用背照式技術實現的CMOS傳感器0V14810。
[0016]優(yōu)選地，所述圖像處理模塊的核心采用基于ARM-Cortex-A9雙核心頻率達1.5GHz,同時還集成了 PowerVR SGX540圖形核心的0MAP4460。
[0017]優(yōu)選地，0MAP4460的引腳功能定義如下，將R26，R25作為CSI21_DX0和CSI21_DY0的輸入信號端口 JfT26，T25作為CSI21_DX1和CSI21_DY1的輸入信號端口 JfU26，U25作為 CSI21_DX2 和 CSI21_DY2 的輸入信號端口 ；將 V26，V25 作為 CSI21_DX3 和 CSI21_DY3 的輸入信號端口 ；將W26，W25作為CSI21_DX4和CSI21_DY4的輸入信號端口 ；T27引腳作為圖像采集模塊的快門控制端口 H_CAM_SHUTTER ；U27引腳作為閃光燈控制端口 H_CAM_STR0BE ；W27引腳作為圖像采集模塊的復位信號控制端口 ；W27和Y27引腳分別作為I2C通信中的時鐘信號H_I2C_SCL和數據信號H_I2C_SDA，主控芯片0MAP4460通過I2C對圖像采集模塊中的0V14810的控制寄存器進行讀寫以及控制。
[0018]優(yōu)選地，圖像處理模塊和圖像采集模塊的接口電路的接口有30個管腳，管腳1，2，7，8，13，14，19接地，管腳3，5分別對應05121_0父0和CSI21_DY0，管腳9，11分別對應CSI21_DXl 和 CSI21_DY1，管腳 15，17 分別對應 CSI21_DX2 和 CSI21_DY2，管腳 4，6 分別對應 CSI21_DX3 和 CSI21_DY3,管腳 12，14 分別對應 CSI21_DX4 和 CSI21_DY4,管腳 21，23 分別對應 I2C通信的時鐘信號H_I2C_SCL和數據信號H_I2C_SDA，管腳20對應0V14810的復位初始化信號H_CAM_GLB_RESET，管腳22對應控制0V14810快門信號H_CAM_SHUTTER，管腳24對應輸出控制信號H_CAM_STR0BE控制閃光燈，管腳27對應0MAP4460輸出的時鐘同步頻率，該輸出頻率作為0V14810的時鐘頻率輸入；管腳29作為圖像采集模塊的電源供給VBAT，管腳30同樣是圖像采集模塊的電源供給VDD_VAUX3，管腳16對應0MAP4460的GP10_40引腳，作為I/O 口控制端，管腳18對應0MAP4460的GP10_45引腳，作為I/O 口控制端，管腳25，26，28分別對應 0MAP4460 的 GP10_47 引腳，GP10_44 引腳，GP10_42 引腳，其中 VBAT 和 VDD_VAUX3作為電源輸出端，分別需要加IuF的濾波電容。
[0019]優(yōu)選地，圖像采集模塊上對應的接口電路為管腳I，2，7，8，13，14，19接地；管腳3，5分別對應5組低壓差分串口信號組中的時鐘信號MC_P和MC_N ;管腳9，11對應數據信號組中的MD0_P和MD0_N ;管腳15，17對應數據信號組中的MD1_P和MD1_N ;管腳4，6對應數據信號組中的MD2_P和MD2_N ;管腳10，12對應數據信號組中的MD3_P和MD3_N ;管腳16，22，25，26，27，28預留接口作為備用；管腳18作為圖像傳感器0V14810的電源開關控制，高電平有效，接一個5.1k的下拉電阻；管腳20作為圖像傳感器0V14810的復位信號RESET，高電平有效，接一個5.1k的下拉電阻；管腳24作為閃光燈的控制信號STROBE ;管腳21，23分別作為與0V14810圖像傳感器I2C通信的時鐘線SCL和數據線SDA，接上一個5.1k的上拉電阻，以及和21，23管腳連接中需要添加一個O歐姆的電阻；管腳29接電源VBAT，旁路對地接一個22uf的電解電容和Iuf的電容做隔離濾波作用；管腳30接電源VDD_VAUX3，同樣旁路對地需要接一個隔離濾波的Iuf電容。
[0020]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0021](I)圖像采集模塊部分采用OminiVis1n公司的噪聲抑制能力大幅突破的背照式技術的CMOS傳感器0V14810，它提供了 4，416*3，312像素的完整分辨率。圖像處理模塊的核心采用了基于ARM-Cortex-A9雙核心頻率達L 5GHz,同時還集成了 PowerVR SGX540圖形核心的TI公司的0MAP4460，以滿足對圖像大數據的處理工作；
[0022](2)在光線不足的深海中，背照式技術的CMOS傳感器比CCD更具有優(yōu)勢，1400萬像素提供了更具清晰的深海勘探中的圖像信息；
[0023](3)同時采用MIPI接口保證了高速率的數據傳輸以及抗干擾能力，從而保證了快速準確地采集圖像信息數據。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實施例的深海水下高清照相系統的封裝結構示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實施例的深海水下高清照相系統的原理框圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實施例的深海水下高清照相系統的圖像處理模塊的主芯片引腳結構圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實施例的深海水下高清照相系統的圖像處理模塊的接口電路的引腳結構圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實施例的深海水下高清照相系統的圖像采集模塊的主芯片引腳結構圖。

【具體實施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0031]參見圖1與圖2，所示分別為本發(fā)明實施例的深海水下高清照相系統的封裝結構示意圖以及原理框圖，本發(fā)明實施例的深海水下高清照相系統10包括:厚度為15-20mm的耐壓玻璃101 ;設置在耐壓玻璃后端的16mm定焦攝像頭透鏡102 ;設置在透鏡后端的圖像采集模塊103，圖像采集模塊用于將采集到的高像素圖像信息通過MIP1-CSI2接口傳輸到圖像處理模塊；設置在圖像采集模塊后端的圖像處理模塊104，圖像處理模塊用于對接收的原始圖像數據進行處理并格式轉換，從RGB888的原始數據轉換成PIG格式；設置在圖像處理模塊后端的電源管理模塊105，用于提供圖像處理模塊中所需的各個電壓以及VBAT電壓輸出給圖像采集模塊；設置在電源管理模塊后端的接口 106，為電源的輸出端，提供圖像采集模塊和圖樣處理模塊的工作電壓，即為電源管理模塊的2個輸出端，VBAT和VDD_VAUX3作為電源輸出端；其中耐壓玻璃101，透鏡102，圖像采集模塊103，圖像處理模塊104，電源管理模塊105和接口 106采用整體密封耐壓的框架封裝設置。參見圖2，包含圖像信息的光線通過水下照相機的透鏡102聚焦在圖像采集模塊103的圖像傳感器上，圖像采集模塊將得到的原始圖像模擬量信號轉換成數字信號后，通過5組低壓差分串口傳達到圖像處理模塊104，圖像處理模塊104將該原始圖像保存到SD卡中，同時圖像處理模塊104將原始圖像進行圖像壓縮，通過以太網絡傳送給PC甲板機；用戶通過PC甲板機上的瀏覽器網頁端實時查看水下照相機的監(jiān)控過程以及所拍照片。
[0032]在具體應用實例中，電源管理模塊采用TWL6030電源管理芯片，提供圖像處理模塊中所需的各個電壓以及VBAT電壓輸出給圖像采集模塊。圖像采集模塊采用背照式技術實現的CMOS傳感器0V14810。圖像處理模塊的核心采用基于ARM-Cortex_A9雙核心頻率達
1.5GHz,同時還集成了 PowerVR SGX540圖形核心的0MAP4460。采用背照式COMS圖像傳感器0V14810作為圖像采集模塊核心，解決CCD圖像傳感器在光線不足情況下的缺陷。另外采用低壓差分串口通信來進行數據傳輸控制，以保證高速率大數據傳輸的穩(wěn)定性和抗干擾能力，保證準確地采集圖像信息數據。對0V14810圖像傳感器進行控制上，采用I2C協議通信，用 0MAP4460 的 I2C3 通道，0V14810 采用的是 SCCB 協議(Serial Camera Control Bus攝像機控制總線)，SCCB協議是類I2C協議，但兩者也有不同，I2C是7位地址，最后I位是讀寫位，SCCB是8位地址。
[0033]參見圖3，所示為深海水下高清照相系統的圖像處理模塊的主芯片引腳結構圖，0MAP4460的引腳功能定義如下，將R26，R25作為CSI21_DX0和CSI21_DY0的輸入信號端口 ；將 T26, T25 作為 CSI21_DX1 和 CSI21_DY1 的輸入信號端口 ；將 U26, U25 作為 CSI21_DX2 和CSI21_DY2的輸入信號端口 JfV26，V25作為CSI21_DX3和CSI21_DY3的輸入信號端口 ；將W26,W25作為CSI21_DX4和CSI21_DY4的輸入信號端口 ；T27引腳作為圖像采集模塊的快門控制端口 H_CAM_SHUTTER ；U27引腳作為閃光燈控制端口 H_CAM_STR0BE ；W27引腳作為圖像采集模塊的復位信號控制端口 ；W27和Y27引腳分別作為I2C通信中的時鐘信號H_I2C_SCL和數據信號H_I2C_SDA，主控芯片0MAP4460通過I2C對圖像采集模塊中的0V14810的控制寄存器進行讀寫以及控制。
[0034]參見圖4，圖像處理模塊和圖像采集模塊的接口電路的接口有30個管腳，管腳1，2,7,8,13,14,19接地，管腳3，5分別對應CSI21_DX0和CSI21_DY0,管腳9，11分別對應CSI21_DX1 和 CSI21_DY1，管腳 15，17 分別對應 CSI21_DX2 和 CSI21_DY2，管腳 4，6 分別對應CSI21_DX3 和 CSI21_DY3,管腳 12，14 分別對應 CSI21_DX4 和 CSI21_DY4,管腳 21，23 分別對應I2C通信的時鐘信號!1_ 12(:_5(^和數據信號H_I2C_SDA，管腳20對應0V14810的復位初始化信號H_CAM_GLB_RESET，管腳22對應控制0V14810快門信號H_CAM_SHUTTER，管腳24對應輸出控制信號H_CAM_STR0BE控制閃光燈，管腳27對應0MAP4460輸出的時鐘同步頻率，該輸出頻率作為0V14810的時鐘頻率輸入；管腳29作為圖像采集模塊的電源供給VBAT，管腳30同樣是圖像采集模塊的電源供給VDD_VAUX3，管腳16對應0MAP4460的GP10_40引腳，作為I/O 口控制端(備用)，管腳18對應0MAP4460的GP10_45引腳，作為I/O 口控制端(備用)，管腳25，26，28分別對應0MAP4460的GP10_47引腳，GP10_44引腳，GP10_42引腳，其中VBAT和VDD_VAUX3作為電源輸出端，分別需要加IuF的濾波電容。
[0035]參見圖5，所示為深海水下高清照相系統的圖像采集模塊的主芯片引腳結構圖，圖像采集模塊上對應的接口電路為管腳I，2，7，8，13，14，19接地；管腳3，5分別對應5組低壓差分串口信號組中的時鐘信號MC_P和MC_N ;管腳9，11對應數據信號組中的MD0_P和MD0_N ;管腳15，17對應數據信號組中的MD1_P和MD1_N ;管腳4，6對應數據信號組中的MD2_P和MD2_N ;管腳10，12對應數據信號組中的MD3_P和MD3_N ;管腳16，22，25，26，27，28預留接口作為備用；管腳18作為圖像傳感器0V14810的電源開關控制，高電平有效，接一個5.1k的下拉電阻；管腳20作為圖像傳感器0V14810的復位信號RESET，高電平有效，接一個5.1k的下拉電阻；管腳24作為閃光燈的控制信號STROBE ;管腳21，23分別作為與0V14810圖像傳感器I2C通信的時鐘線SCL和數據線SDA，接上一個5.1k的上拉電阻，以及和21，23管腳連接中需要添加一個O歐姆的電阻；管腳29接電源VBAT，旁路對地接一個22uf的電解電容和Iuf的電容做隔離濾波作用；管腳30接電源VDD_VAUX3，同樣旁路對地需要接一個隔離濾波的Iuf電容。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種深海水下高清照相系統，其特征在于，包括: 厚度為15-20mm的耐壓玻璃； 設置在耐壓玻璃后端的16_定焦攝像頭透鏡； 設置在透鏡后端的圖像采集模塊，所述圖像采集模塊用于將采集到的高像素圖像信息通過MIP1-CSI2接口傳輸到圖像處理模塊； 設置在圖像采集模塊后端的圖像處理模塊，所述圖像處理模塊用于對接收的原始圖像數據進行處理并格式轉換，從RGB888的原始數據轉換成PIG格式； 設置在圖像處理模塊后端的電源管理模塊，用于提供圖像處理模塊中所需的各個電壓以及VBAT電壓輸出給圖像采集模塊； 設置在電源管理后端的接口，為電源的輸出端，提供圖像采集模塊和圖樣處理模塊的工作電壓； 其中所述耐壓玻璃，透鏡，圖像采集模塊，圖像處理模塊，電源管理模塊和接口采用整體密封耐壓的框架封裝設置。
2.根據權利要求1所述的深海水下高清照相系統，其特征在于，所述圖像采集模塊采用背照式技術實現的CMOS傳感器0V14810。
3.根據權利要求1或2所述的深海水下高清照相系統，其特征在于，所述圖像處理模塊的核心采用基于ARM -Cortex-A9雙核心頻率達1.5GHz,同時還集成了 PowerVR SGX540圖形核心的0MAP4460。
4.根據權利要求3所述的深海水下高清照相系統，其特征在于，0MAP4460的引腳功能定義如下，將R26，R25作為CSI21_DX0和CSI21_DY0的輸入信號端口 ；將T26，T25作為CSI21_DX1 和 CSI21_DY1 的輸入信號端口 ；將 U26, U25 作為 CSI21_DX2 和 CSI21_DY2 的輸入信號端口 ；將V26, V25作為CSI21_DX3和CSI21_DY3的輸入信號端口 ；將W26，W25作為CSI21_DX4和CSI21_DY4的輸入信號端口 ；T27引腳作為圖像采集模塊的快門控制端口 Η_CAM_SHUTTER ；U27引腳作為閃光燈控制端口 H_CAM_STROBE ；W27引腳作為圖像采集模塊的復位信號控制端口 ；W27和Y27引腳分別作為I2C通信中的時鐘信號H_I2C_SCL和數據信號H_I2C_SDA，主控芯片0MAP4460通過I2C對圖像采集模塊中的0V14810的控制寄存器進行讀寫以及控制。
5.根據權利要求4所述的深海水下高清照相系統，其特征在于，圖像處理模塊和圖像采集模塊的接口電路的接口有30個管腳，管腳I，2，7，8，13，14，19接地，管腳3，5分別對應CSI21_DX0 和 CSI21_DY0，管腳 9，11 分別對應 CSI21_DX1 和 CSI21_DY1，管腳 15，17 分別對應 CSI21_DX2 和 CSI21_DY2，管腳 4，6 分別對應 CSI21_DX3 和 CSI21_DY3，管腳 12，14 分別對應CSI21_DX4和CSI21_DY4，管腳21，23分別對應I2C通信的時鐘信號H_I2C_SCL和數據信號H_I2C_SDA，管腳20對應0V14810的復位初始化信號H_CAM_GLB_RESET，管腳22對應控制0V14810快門信號H_CAM_SHUTTER，管腳24對應輸出控制信號H_CAM_STR0BE控制閃光燈，管腳27對應0MAP4460輸出的時鐘同步頻率，該輸出頻率作為0V14810的時鐘頻率輸入；管腳29作為圖像采集模塊的電源供給VBAT，管腳30同樣是圖像采集模塊的電源供給VDD_VAUX3,管腳16對應0MAP4460的GP10_40引腳，作為I/O 口控制端，管腳18對應0MAP4460的GP10_45引腳，作為I/O 口控制端，管腳25，26，28分別對應0MAP4460的GP10_47引腳，GP10_44引腳，GP10_42引腳，其中VBAT和VDD_VAUX3作為電源輸出端，分別需要加IuF的濾波電容。
6.根據權利要求2所述的深海水下高清照相系統，其特征在于，圖像采集模塊上對應的接口電路為管腳1，2，7，8，13，14，19接地；管腳3，5分別對應5組低壓差分串口信號組中的時鐘信號MC_P和MC_N ;管腳9，11對應數據信號組中的MDO_P和MDO_N ;管腳15，17對應數據信號組中的MD1_P和MD1_N ;管腳4，6對應數據信號組中的MD2_P和MD2_N ;管腳10，12對應數據信號組中的MD3_P和MD3_N ;管腳16，22，25，26，27，28預留接口作為備用；管腳18作為圖像傳感器0V14810的電源開關控制，高電平有效，接一個5.1k的下拉電阻；管腳20作為圖像傳感器0V14810的復位信號RESET，高電平有效，接一個5.1k的下拉電阻；管腳24作為閃光燈的控制信號STROBE ;管腳21，23分別作為與0V14810圖像傳感器I2C通信的時鐘線SCL和數據線SDA，接上一個5.1k的上拉電阻，以及和21，23管腳連接中需要添加一個O歐姆的電阻；管腳29接電源VBAT，旁路對地接一個22uf的電解電容和Iuf的電容做隔離濾波作用；管腳 30接電源VDD_VAUX3，同樣旁路對地需要接一個隔離濾波的Iuf電容。
【文檔編號】H04N5/225GK104079809SQ201410332027
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權日:2014年7月14日
【發(fā)明者】劉文方, 何淑飛, 楊朝偉 申請人:杭州墨銳機電科技有限公司