通过异步串口向1M60相机发送控制命令和诊断命令，可以控制相机输出图像的增益、补偿、帧频、暴光时间、暴光模式和测试图像的输出，同时还可以对相机进行诊断。串口协议：1位开始位、8位数据位、无奇偶校验位、1位停止位，通讯波特率为9 600bps（相机默认），而通过设定波特率命令，可设定通讯波特率为19 200bps、57 600bps和115 200bps。
    在一个时钟周期内同时输出两个像素的情况下（简称双拍输出），像素数据输出时钟为40MHz，最高帧频可达60帧/秒。通过设定像素数据格式命令，可以设定像素数据为8位、10位或12位。
    通过像素输出模式命令可以选择用单拍输出图像数据还是用双拍输出图像数据。由于双拍输出图像数据具有特殊性，这里仅介绍双拍输出图像数据情况下的时序和图像的重构显示。双拍输出像素数据时序如图2所示^[2]。在双拍工作时，场有效时间为16ms，行有效时间为12.8μs，每行有效期间内包含512个像素输出时钟，像素的输出方式是一行中的第1个像素和第513个像素同时输出，依次类推。图像输出格式为逐行输出。

    1M60相机共有五种暴光模式，可以通过设定暴光模式命令来为相机选择合适的暴光模式。具体暴光模式如下：
    (1)模式2：内部触发方式" title="触发方式">触发方式，帧频和暴光时间可用相应的命令控制，最大帧频为57帧/秒。
    (2)模式3：外部触发方式，帧频固定为60帧/秒，暴光时间固定。
    (3)模式4：外部触发方式，帧频和暴光时间都由外部触发信号控制，即外部触发信号的高电平阶段为暴光时间，外部触发信号的频率为帧频，最大帧频为57帧/秒。
    (4)模式6：外部触发方式，帧频固定为57帧/秒，暴光时间可用相应命令控制。
    (5)模式7：内部触发方式，帧频可用相应的命令控制，最大帧频为60帧/秒，暴光时间固定。
    对于某些需要延迟一些时钟周期后再接收数据的图像处理系统，可以用设置预触发命令来进行延迟，最大延迟为15个时钟周期。通过设置视频模式命令，可以使1M60相机的视频输出为正常模式还是测试模式，1M60相机有多达15种视频输出测试模式。
    1M60相机的命令以ACSII码的形式发送。向相机发送命令时，以回车符作为结束。相机上电后，相机背后的指示灯闪烁，同时通过串口发送Camera Initialization in process, Please Wait…OK>字符串。当收到OK>字符串时，表明相机要开始传送图像数据，这时，相机背后的指示灯不再闪烁。当相机收到有效的命令时，会返回OK>字符串作为应答，否则，返回Error x: Error Massage>字符串作为应答。其中，x为错误标号，Error Massage表示对错误的具体说明。相机的应答字符串以符号>作为结束符。这里不对命令和出错后的处理方法进行叙述，详细的命令说明和用法以及出错处理可参考文献[1]的附录B。
2 1M60相机的硬件接口
    1M60相机输出图像数据使用的是Camera Link总线。该总线是在National Semiconductor公司开发的Channel Link总线技术基础上由多家相机制造商共同制定的总线标准，是专为可见光数字相机制定的一种图像数据、视频数据控制信号及相机控制信号传输的总线接口，数据传输速率最高可达2.38Gbps。Camera Link总线标准规定了接口模式、相机信号、端口配置、图像数据位配置、连接器和连接器引脚定义及连接线、标准接收器芯片组。下面结合这些规定，对1M60相机的硬件接口进行说明。
2.1 接口模式
    图3^[2]所示为Camera Link总线发送端与接收端的框图，也是该总线的基本模式。图中，Camera Link总线发送端将28位并行数据转换为4对LVDS串行差分" title="差分">差分数据传送出去，同时还有一对LVDS串行差分数据线用来传输图像数据输出同步时钟，而总线接收端将串行差分数据转换成28位并行数据，同时转换出同步时钟。这样不但减少了使用的传输线数量，而且由于采用串行差分传输方式，还减少了传输过程的中的电磁干扰。

    Camera Link总线除了基本模式外，还包括中等模式和完整模式。中等模式是两个基本模式的叠加，而完整模式则是三个基本模式的叠加。1M60相机使用基本模式，其28位数据线用来传输图像像素数据和视频数据控制信号。
2.2 相机信号
    根据Camera Link总线标准的规定，1M60相机包含以下几种相机信号：
   (1)相机控制信号
    Camera Link总线标准共规定了四个相机控制信号:CC1、CC2、CC3、CC4。1M60相机仅使用了其中的CC1控制信号，用作外部触发信号输入端，即当1M60相机工作在暴光模式3、4、6时，外部触发信号由此引脚输入。1M60相机虽然没有使用CC2、CC3、CC4控制信号，但在硬件接口上保留了相应的引脚。
   (2)视频数据控制信号
    1M60相机共有四个视频数据控制信号：帧有效信号、行有效信号、数据有效信号和一个备用信号。这四个信号的作用是：当帧有效信号为高时输出有效行；当行有效信号为高时输出有效图像数据；数据有效信号是Camera Link总线标准为了兼容没有时钟信号输出的低速数字相机而规定的，1M60相机中该信号始终为高电平；备用信号保留了相应的引脚，但没有规定用途，这是为了与Camera Link总线标准相符合的需要。
    (3)电源输入
    图4所示为1M60相机电源插座[1]，这也是Camera Link总线规定的标准相机电源插座 。表1给出了电源插座各引脚的定义。

    (4)异步串口通信
    1M60相机定义的异步串口通信信号对名称及用途如下：
    ±SerTFG：相机向图像处理系统发送数据的LVDS数据对。
    ±SerTC：图像处理系统向相机发送数据的LVDS数据对。
2.3 端口配置
    Camera Link总线标准规定，在完整模式下，最多可以使用八个端口（Port A～Port H）传输数据，每个端口为8位数据。1M60相机使用Port A～Port C端口，其端口定义如表2所示。表中的发送器是1M60相机中使用的Camera Link总线发送器，接收器是1M60相机图像处理系统中要使用的Camera Link总线接收器。本文所使用的Camera Link总线接收器是National Semiconductor公司的Camera Link总线接收器芯片DS90CR288A。

2.4 连接器和连接器引脚定义及连接线
    Camera Link总线标准规定，使用的连接器是26个引脚的MDR26连接器，连接线使用的型号是14X26-SZLB-XXX-0LC。1M60相机连接器引脚和图像处理系统连接器引脚的定义如表3所示。

3 图像处理系统的硬件电路设计
    图像处理系统的硬件连接框图如图5所示。从图5中可以看出，图像处理系统的硬件电路包括四个部分：
    (1)用一个MDR26连接器将1M60相机的图像数据和各种控制信号引入图像处理系统中。由表3可知图像处理系统中MDR26连接器的各引脚的定义。
    (2)由于1M60相机的数据传输时钟达到了40MHz，因此选用National Semiconductor公司的Camera Link总线接收器芯片DS90CR288A作为接收Camera Link总线信号的接收器。该芯片输入时钟范围在20M～85MHz，3.3V电源电压，56引脚，TSSOP封装[3]。DS90CR288A芯片将1M60相机输出的五对差分信号（X0+，X0-）、(X1+,X1-)、(X2+,X2-)、（X3+，X3-）、（Xclk+，Xclk-），转换为24位图像数据、FVAL信号、LVAL信号、DVAL信号、Spare信号以及1M60相机图像数据输出时钟信号（即图5中的CLKOUT信号）。
    (3)为了对1M60相机进行外部触发方式控制以及向1M60相机发送命令，用四通道CMOS信号转换为LVDS差分信号的芯片DS90LV047^[4]作为图像处理系统向1M60相机发送外同步触发信号和转换的命令。
    (4)为了接收1M60相机向图像处理系统发送的应答字符串，选用DS90LV048[5]芯片作为图像处理系统接收器。DS90LV048芯片是四通道LVDS差分信号转换为CMOS信号的驱动器。其他没用的信号没有连接。
    使用1M60相机的图像处理系统相对于使用模拟信号相机的图像处理系统，在硬件上省去了模/数转换芯片，可以不用考虑模拟信号与数字信号之间的隔离，减少了硬件开发的负担。同时，在系统软件中也省去了对模/数转换芯片的初始化部分，减少了软件的工作量。

    综上所述，1M60数字相机具有硬件接口简单，连接线数少，可编程控制，多种暴光模式，分辨率高，图像数据传输速度快，体积小等特点。正是由于1M60相机的这些卓越性能，在要求高速、高分辨率、低对比度的图像处理场合中必将得到广泛的应用。目前，该相机已应用于某863计划项目中作为图像处理系统的相机，取得了令人满意的效果。
参考文献
[1] DALSA公司. Pantera TF 1M60 and 1M30 User’s manual and reference.2004.
[2] DALSA公司. DALSA implementation road map.2004.
[3]  National Semiconductor公司.DS90CR287/DS90CR288A +3.3V rising edge data strobe LVDS 28-bit channel link-
 85 MHz.2004.
[4] National Semiconductor公司. DS90LV047A 3V LVDS quad CMOS differential line driver.2003.
[5] National Semiconductor公司. DS90LV048A 3V LVDS quad  CMOS differential line driver.2001.