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使用LAP-F1邏輯分析儀CMOS Image Decoder確認CMOS Sensor輸出影像品質

2017-05-01

李易桓

想要開發一支高效能的光槍，除了CMOS Sensor輸出高解析度及每秒輸出影像張數(FPS)外，更重要的是：CMOS Sensor輸出的影像必須是清楚且黑白分明的。假如影像黑白對比不分明或是充滿雜點，則光槍很有可能無法判斷出正確的Pattern，進而無法計算出正確的瞄準點座標，使得光槍效能出現問題。當CMOS Sensor被焊接到產品PCB板上後，我們便很難去觀察CMOS Sensor輸出影像品質如何，繼而造成工程師需要花費額外時間及精力去確認CMOS Sensor輸出影像品質。在本篇應用文件中，我們將藉由在客戶端開發光槍時發生光標消失問題來告訴大家：如何使用LAP-F1邏輯分析儀(Logic Analyzer)的CMOS Image Decoder來確認CMOS Sensor輸出影像品質。

CMOS Image decoder

CIS(CMOS Image Sensor) IC主要應用於手機鏡頭、相機鏡頭、網路監視器、行車監視器…等等。目前國內CIS供應商有泰視(TASC)、宜霖(ElecVision)、銳相(IC-Media)、原相(Pixart)，國外廠商有Angilent、Hynix、Motorola、Omnivision…等。透過數位信號傳遞便能夠進行影像擷取，再傳輸至顯示器成像，目前市場上大多以CMOS-APS為應用主流。

孕龍科技CMOS IMAGE匯流排分析模組可分析CMOS IMAGE的傳輸控制訊號，可將CIS中水平/垂直掃瞄線上的亮度(Lightness)以封包狀態顯示出來，了解CIS影像圖片中各個像素點(Pixel)的亮度數值。孕龍科技匯流排分析模組中可將各種訊號封包以圖形化顯示，省去手動解碼計算的時間。

光槍標消失問題

我們其中一位客戶的工程師開發了一隻遊戲光槍，但光槍光標會在遊戲中因不知名的原因消失。

圖1 客戶開發的遊戲光槍

為了幫助問題快速釐清，在某個下午我們親自到客戶的實驗室拜訪並嘗試協助其找出Bug。由於客戶開發光槍的原理是：透過CMOS Sensor拍攝IR Pattern，之後輸出給後端來計算瞄準點座標，因此CMOS Sensor輸出影像品質對於光槍效能的影響十分巨大。基於上述理由，我們建議客戶：第一步先使用LAP-F1邏輯分析儀(Logic Analyzer)的CMOS Image Decoder功能，來確認光槍取樣的CMOS Sensor輸出影像品質，看看影像是不是模糊不清或是有雜點存在。

由於客戶光槍PCB板上只有預留輸出信號測試點，並沒有預留排針可以讓邏輯分析儀的探棒去取樣。因此我們使用彩虹線將CMOS Sensor輸出信號由測試點拉出來，之後連接到已經焊接在實驗電路板上的排針，好讓邏輯分析儀的探棒能夠進行取樣的動作，如下圖所示。

圖2 LAP-F1探棒連接CMOS Sensor輸出信號排針

將LAP-F1探棒接上實驗電路板上的排針後，我們來進行ZP-Logic軟體設定。首先來歸納CMOS Image Decoder功能，選擇好用來取樣的通道後，接著來設定VSync、HSync及PCLK的取樣方式。

我們詢問客戶設定CMOS Sensor輸出模式，以及光槍對於光點取樣方式為何。客戶和我們說明：將CMOS Sensor設定為YUV模式，之後在取Y(亮度)做為判斷影像亮度的依據。因此我們請客戶至做一組簡單的並列介面，將光槍取樣的影像藉由並列介面輸出。

根據客戶製作的並列介面是在VSync低準位、HSync高準位及PCLK上升緣為有效資料，我們便以其為依據設定CMOS Image Decoder做以下設定：

1. VSync︰低準位

2. HSync︰高準位

3. 取樣邊緣︰上升緣

圖3 CMOS Image Decoder參數設定

設定完CMOS Image Decoder參數後，接著來做取樣率及記憶體深度等相關設定。由於客戶使用並列介面輸出PCLK為48MHz，所以我們將LAP-F1邏輯分析儀取樣率設定為400MHz(設定取樣率為待測物的6~10倍)。記憶體深度設定越深，則可以錄製的CMOS Sensor輸出畫面張數就越多，目前先設定16M。接著設定Vsync上升緣觸發，觸發位置設為1%，表示從CMOS Sensor要開始輸出下一張影像時開始抓資料，如下圖所示。

圖4 ZP-Logic軟體相關設定

完成軟體設定之後，我們將光槍指向IR Mark Pattern，接著開始錄製CMOS Sensor輸出影像資料，如下圖所示。

圖5 光槍指向IR Mark Pattern示意圖

錄製完CMOS Sensor輸出影像畫面資料後，CMOS Image Decoder將每個Pixel的數值解碼後顯示在畫面的上方，如下圖所示。

圖6 CMOS Sensor Pixel數值解碼

由於從Pixel數值中，我們很難直觀的去了解CMOS Sensor輸出影像究竟為何。因此孕龍科技的CMOS Image Decoder提供了一個很方便的影像解析功能，讓使用者能夠很直觀的去觀察CMOS Sensor輸出影像，這正是對於使用CMOS Sensor開發產品工程師的一大喜訊。我們將滑鼠移到在畫面右邊歸納會流排的名稱(預設為BUS0)上後點擊滑鼠右鍵，接著選擇『影像解析』來觀察CMOS Sensor輸出影像為何，如下圖所示。

圖7 選擇CMOS Image Decoder『影像解析』功能

使用『影像解析』將影像呈現出來後，我們才發現原來CMOS Sensor輸出影像的亮度很暗，因此造成光槍無法正常辨識出光標座標(光標消失)，如下圖所示。

圖8 CMOS Image Decoder『影像解析』結果

Debug方式

我們向客戶說明：將CMOS Sensor設定為YUV模式而只取Y(亮度)，亮度會被UV(色度濃度)分散掉。因次建議客戶將CMOS Sensor設定為Raw Data模式，之後直接對每個Pixel進行取樣。這樣做能夠更直觀的對CMOS Sensor所看到的影像做取樣，而不會在有光點亮度被分散的問題。

圖8 YUV輸出模式只取Y(亮度)

客戶將CMOS Sensor修改為Raw Data輸出並修改取樣方式後，我們再使用孕龍科技(Zeroplus Technology)的CMOS Image Decoder的影像解析功能，來確認光槍所取樣的影像品質是否改善過暗的情形。

從『影像解析』功能呈現的畫面我們可以觀察到，影像光點亮度比之前亮了許多，光槍光標消失的問題也隨之得到解決，如下圖所示。

圖9 CMOS Image Decoder『影像解析』顯示Raw Data模式結果

結論

本文件介紹了如何使用LAP-F1邏輯分析儀(Logic Analyzer)所提供的CMOS Image Decoder功能來確認光槍所取樣CMOS Sensor輸出影像品質。凡是開發過程中有用到使用並列介面(Parallel Interface)輸出的CMOS Sensor，而手邊又缺乏可以幫助工程師直觀的觀察CMOS Sensor輸出影像的工具時，孕龍科技(Zeroplus Technology)所提供的CMOS Image Decoder功能，定是能幫助您解決此種問題的最佳選擇。