一文看懂码灵半导体CFW32C7UL系列产品应用（六）： ISP图像处理单元

欢迎再次来到“码灵半导体CFW32C7UL系列产品应用介绍”连载专题。通过前几期对CFW32C7UL系列的介绍，相信大家已经了解到CFW32C7UL系列具有高稳定性、高安全性、外设接口丰富、低功耗和高性价比等亮点，在条码识读设备、POS机、打印机、特征识别、工业人机交互界面HMI、工业物联网关和医疗设备等泛工业领域有着广泛而丰富的应用。同时对于从事开发设计的朋友想必已经很好奇其在具体应用中的表现了。本期我们从CFW32C7UL系列的应用场景及相关功能模块来展开介绍。

一、条码识读设备及其市场前景

具备图像输入功能的条码识读设备是码灵半导体CFW32C7UL系列的一大应用场景。中国条码识读设备市场飞速发展。受批发零售业、制造业、物流和交通行业条码识读设备需求量保持高增长的驱动，中国大陆已成为亚太地区最大的条码识读设备市场。2011年我国条码识读设备市场规模约13.35亿元，2017年国内条码识读设备市场规模达到了28.42亿元，需求量从485万台增加到1655万台。同时伴随着国内物联网及数字经济的快速发展，2018年、2019年国内市场需求量分别超过了3000万台、4500万台。

▲中国条码识读设备市场需求情况（来源：智研咨询）

二、CFW32C7UL系列ISP模块的特性

CFW32C7UL系列为实现图像数据的采集及处理，就必须依靠的ISP模块。下面我们具体介绍下CFW32C7UL系列最重要的功能模块之一---ISP图像处理单元。

▲CFW32C7UL系列的ISP模块（黄色框内）

CFW32C7UL系列内置的ISP模块能够将Sensor采集的BayerPattern RGB图像转变为清晰锐利的高质量图像。本芯片内置的ISP模块包含动态坏点校正，自动曝光控制，自动白平衡控制，黑电平校正，Gamma，缩放等功能。图像输入接口为DVP+MIPI，数据存取接口采用AMBA AXI3协议，配置接口采用AMBA APB3协议。下面具体介绍下CFW32C7UL系列ISP模块的相关特性。

1、视频接口特性

Ø  AECAGC，自动曝光和增益控制；

Ø  支持最多2通道的D-PHY数据输入，通道数可配置；

Ø  D-PHY输入采用PPI接口；

Ø  单个D-PHY通道支持最大2G bps的数据传输；

Ø  支持最大12-bit的数字并行接口（DVP）输入；

Ø  DVP接口时钟最高支持到108MHz；

Ø  支持64-bit AXI3.0的DMA接口输出；

Ø  支持最大3M@30fps的Byer-RGB的sensor图像输入，可支持目前扫码sensor主流的1.3M@120fps。

▲ISP的视频接口示意图

DVP接口支持8、10、12 bit的Bayer-RGB。

MIPI CSI 2.0接口输入时，Bayer图像经MIPI接口输入到D-PHY，通过PPI接口到ISP系统内部的MIPI Host。在MIPI Host内部数据被打包成32-bit的数据传给ISP处理，处理好的数据通过64-bit的AXI接口输出给外部。

2、ISP特性

Ø  AECAGC，自动曝光和增益控制

Ø  AWB，自动白平衡

Ø  AFC，自动对焦

Ø  DPC，坏点检测

Ø  LENC，镜头阴影校正

Ø  CCM，色彩校正矩阵

Ø  50/60Hz 灯光闪烁消除

Ø  增强色彩插值（去马赛克）

Ø  伽马校正

Ø  图像降噪

Ø  锐化增强

Ø  亮度、饱和度、色度和对比度控制

Ø  数字变焦（放大4x，缩小16x）

Ø  ARC，自动动态范围控制（仅支持HDR）

Ø  闪光灯控制

Ø  机械快门控制

三、CFW32C7UL系列ISP模块的系统功能

通过对CFW32C7UL系列ISP模块的特性介绍后，我们就可以更容易理解其功能应用。下面就其输出处理、数据储存机制及系统应用进行详细介绍。

1、数据处理

ISP从Sensor接收Bayer Pattern RGB（RAW）数据，分别在RAW域，RGB域以及YUV进行处理，最终输出YUV数据。

RAW数据主要经过动态坏点校正（DBPC），黑电平校正（BLC），镜头阴影校正（LSC），RAW域3A信息统计（3A Statistics），白平衡（WBG），颜色插值（Demosaic），得到RGB数据；RGB数据经过Gamma校正，RGB2YUV转换为YUV数据。Y数据经过缩放模块（Y Scaler）可以带动所需要亮度的图像。

2、数据储存

Sensor送入的数据可以直接送到ISP内部的处理模块进行各种处理，也可以直接写到ISP外部的Memory中。

黑电平标定，镜头阴影标定等都需要将RAW数据直接写到外部Memory，导出到标定工具中，产生Sensor的黑电平，镜头阴影补偿系数表。

3、系统应用

ISP的应用也很简单，具体的应用流程如下：

① CPU根据需要配置ISP，并响应中断；

② AXI根据CPU的配置，从Memory中载入配置数据，从外部Sensor接收RAW数据；

③ 将统计信息送到外部Memory，处理好的Image（YUV数据）可以存入外部Memory中；

④ 如果ISP后面有相应的后处理模块，则ISP处理好的YUV数据也可以直接送入后面的后处理模块。

▲ISP的应用流程示意图

通过上述对CFW32C7UL系列内置的ISP模块的介绍，相信大家对ISP的特性、功能等已经有了较为深入的了解。本芯片内置的ISP模块除了可提供处理后的Y图（亮度图）的格式给普通客户外，也可以提供不加任何处理的sensor出来的RAW图。当然如果您对自家的图像处理算法相当自信的话，采用RAW图自行处理也是一种差异化的好选择。

码灵半导体CFW32C7UL系列内置的ISP模块支持的sensor接口包括DVP和MIPI接口，可支持不同规格的像素及分辨率的sensor。如果您的产品项目特别关注产品安全、设备功耗、图像处理、便捷的操作系统，那么码灵半导体CFW32C7UL系列是一个非常不错的选择。如果您对我们的产品有兴趣，或者需要详细了解更多的参数，欢迎来撩！今天的话题就到这儿，我们下期见！

本期作者：谢耀华、梁梦雷、陈绍景、刘悦臻、谢剑杰