一种易于集成的200万像素手机相机完整解决方案

本文采用了新型的美光MT9D111 200万像素CMOS图像传感器作为实例，详细介绍了其技术特性、电路配置，并分析了在手机上集成数码相机的技术挑战和应对方法，以及未来手机相机的发展趋势。

可拍照手机的市场需求将会不断增长，这种趋势由更高性能可拍照手机的不断发展而推动，它将可以在更广泛的应用场合下获得更高的图像质量。MT9D111在单芯片系统上集成了一个先进的200万像素图像传感器和功能强大的图像处理技术。单芯片系统中的自动特性可以调整各种参数，以便在各种光照条件下拍摄到优质图像。MT9D111也可以简化设计工程师的工作，因为所有的处理功能、内存以及与镜头的接口都集成在一个单传感器处理芯片上。

技术特性

MT9D111是一种1/3英寸、200万像素的CMOS图像传感器，它自带有集成的先进相机系统。此相机系统包含一个复杂的图像流处理器(IFP)、一个实时JPEG编码器、一个集成的微控制器、闪光支持、自动聚焦、光学缩放以及机械快门。整个系统级芯片(SoC)可以在低照度条件下具备卓越的性能，同时功耗很低。

图1显示了MT9D111的结构图。此图像传感器配有一个内嵌的微处理器，它是一种完全独立的相机系统，并带有所有图像处理所需的内存。SoC对手持设备的数据通讯要求很低。

手持设备主控制器在上电过程中将上载初始配置数据(图像大小、时钟频率等)，使SoC在拍摄图像和传输图像数据时，只需发送简单的控制信号。

1.传感器设计

1/3英寸的传感器使用了2.8μm的像素，它既可以作为完整的摄像解决方案，也可以作为独立的传感器。它的特点如下：

弱暗电流和高灵敏度可以使用户在各种场合下都能拍摄出质量很好的图像(带有闪光灯或无需闪光灯)；

一个10位的模数转换器，使得图像色调很平滑，并在图像处理过程中使用10位的处理精度；

图1：美光MT9D111传感器单芯片系统的结构图。

高速的处理能力使得视频帧率非常高，可以达到30fps(800×600)、15fps(最大分辨率1,600×1,200)、15fps M-JPEG(使用SoC时)；

帧面大小可调整，同时确保视野完整－此传感器支持复合像素(有时也称为重新分级)，以提供更高的灵敏度和更高的帧率，同时它也在手机显示屏上支持预览模式；

先进的传感图像纠错系统，可以避免遮蔽现象，这在某些其他的传感器中，该问题往往显示为在很亮的拍摄对象中存在黑点。

2. SoC特性

此SoC相机解决方案具备更多技术优势，以确保拍摄出高质量的图像，同时使模块和手机之间易于集成。它包括以下特性：

图像处理器特性 此图像处理器可以为用户提供"傻瓜型"的自动图像拍摄功能，而无需手工执行任何图像处理过程。所有的图像处理过程，从图像捕捉到输出为YUV或RGB都在单芯片上独立完成：新型先进的色彩插值使色彩更逼真，细节更清晰；新型高速自动白平衡同时带有灰度检测功能，这样可以在各种光照条件下实现高品质的色彩平衡；多组件设计、可评估测量和带背光补偿的自动曝光控制可以在拍摄背景对比很强(某些区域很亮，而某些区域很暗)的情况下获得更好的性能；自动的防闪烁特性，可以消除来自荧光照明的干扰。

镜头-处理器集成特性

微型镜头对设计产生的限制以及研发费用的限制，都可能影响到性能，并导致新型设计投放市场的周期被延长。MT9D111图像处理器包括以下镜头功能，可以缓解上述存在的问题：镜头明暗校正，以补偿透过镜头的光照梯度；3通道的镜头明暗校正，以确保可以在紧凑的镜头设计中使用高效的、低成本的IR过滤器(在很多非常紧凑的镜头中，反射型IR过滤器可能在图像的外部形成错误的色彩，而内置的图像处理器可以调整这些不尽如人意的拍摄效果)。

镜头光斑补偿－即使是精密设计的透镜，也会产生光斑现象。单芯片系统的处理器可以校正镜头光斑。

自动聚焦测量和使用传感信息进行控制，以及通用输入输出(GPIO)接口。

机械快门控制－一种通用的复位功能，以电子启动曝光时间。

处理器/手持终端集成特性

此传感器是专门针对几个手持终端集成问题而设计的，从而减少了终端的设计时间，并使集成测试时间最小化。集成特性还包括：

内置的闪光测速器控制(Xenon或LED闪光)；

内置的JPEG压缩FIFO算法(压缩率完全可调)；

可获得更高帧率的PLL设计－PLL与普通的无线系统一同使用，PLL可以将输入时钟频率调高，从而使MT9D111可以在任何所需的分辨率和帧率条件下运行；

内部存储器使自动拍摄操作变为可能－无需对手持终端处理器提出任何控制要求，只需要在上电过程中加载模式设置，并让其运行；

内置的降低EMI功能－转换速度可调节，以降低数据传输时的谐波干扰。