GX mipi camera manual/zh

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GX系列MIPI摄像机模组功能手册

1 概述

GX系列产品具备卓越的ISP性能，多种工作模式，丰富的功能选项，可靠的稳定性设计，优秀的生产品控和供货能力。是嵌入式图像应用和AI应用的不二之选。

GX系列MIPI摄像机模组更加方便用户进行集成，标准22pin FPC用户接口，可以方便接入树莓派、英伟达、RK3588等嵌入式平台。

本文侧重于详细介绍MV系列产品的功能原理。关于硬件手册、寄存器、配置脚本、不同嵌入式平台的驱动及使用，请参考对应文档。

本文中，每个功能后[相关命令]一栏列出了gx_mipi_i2c.sh脚本中于此功能有关的命令。

1.1 摄像机型号列表

Series	Model	Max Resolution	Shutter Mode
MV series	GX-MIPI-IMX662	1920×1080@60 fps	Rolling

2 图像采集

2.1 卷帘式曝光和全局曝光

2.1.1 卷帘式曝光

卷帘式曝光 sensor 实现如下图所示。逐行曝光从第一行开始曝光，一个行周期之后第二行才开始曝光。依次类推，经过 N-1 行后第 N 行开始曝光。第一行曝光结束后开始读出数据，读出一行需要一行周期时间（含行消隐时间）。至第一行完全读出后，第二行刚好开始读出，依次类推，当第 N-1行读完后，第 N行开始读出，直到整幅图像完全读出。

Rolling shutter mode

2.1.2 全局曝光

全局曝光sensor实现如下图所示，sensor的所有行同时开始曝光，并同时结束曝光，在曝光结束后，sensor将所有电子从感光区转到存储区，之后逐行的读出像素数据。 这样曝光的好处是拍摄运动物体时图像不会出现偏移和歪斜。

Global shutter mode

2.2 开始/停止采集

可以在任意时刻向相机发送开始采集和停止采集命令。摄像机收到开始采集命令后，如工作在视频流模式，则立刻开始曝光并输出图像；如工作在触发模式，则进入等待触发信号状态。同时，摄像机进入running状态。

摄像机收到停止采集命令后，会完成当前正在传输的帧以确保帧完整性，然后停止输出图像并进入standby状态。注意，如果设置了触发多帧，并且还没有完成所有图像帧输出，则会打断触发过程。也就是说，停止采集操作只会保证当前帧的完整性，不保证整个触发周期的完整性。

一般情况下，驱动会自动发送开始/停止采集命令，用户无需主动控制寄存器。

相关命令：imgacq。

2.3 视频流模式

视频流模式下，摄像机会按照配置的分辨率和帧率，连续曝光并输出图像。同一个传感器，在不同的分辨率配置下，支持的最大帧率不同，请参考对应产品的datasheet。建议更改分辨率之后，通过maxfps功能获取支持的最大帧率。

一般情况下，驱动会根据应用层程序配置videomode和fps，用户无需主动控制寄存器。

相关命令 ：workmode,videomode,fps,maxfps。

2.4 普通触发模式

2.4.1 Rolling shutter（卷帘式曝光）

本节适用型号：GX-MIPI-IMX662。

对于GX-MIPI-IMX662，为了保证触发图像的效果一致性，一个完整的图像帧需要三帧图像周期才可以完成从曝光到输出的过程。所以最大帧率为视频流模式的三分之一。

在此，我们将三个连续帧周期称为一个触发周期。

普通触发模式下，如一次触发多帧，触发延迟作用在本次触发信号后，触发间隔和曝光延迟都在每一个触发周期前有效。

下图以触发触发帧数设置为2为例：

GX trigger timing( Rolling shutter)

2.6 工作模式的切换

在运行中工作模式不可以任意时刻切换，必须要先停止采集，然后才能切换为新的工作模式。

2.7 触发源

摄像机支持软触发和硬触发两种触发源，这两种方式只是触发信号来源不同。触发延迟、曝光延迟、触发帧数、触发间隔等配置和功能完全一致。

注意，触发源设置仅对普通触发模式和滚动快门多帧触发模式有效。

相关命令：trgsrc。

2.7.1 软触发

通过i2c总线，向摄像机对应寄存器写入1，则进行了一次软触发。

由于软件处理和i2c传输均存在一定的延时，因此软触发的及时性比硬触发要差，对及时性要求高的场合，建议采用硬触发。

相关命令：trgone。

2.7.2 硬触发

硬触发模式下，摄像机通过采集TrigIN IO的电平变化获得触发信号。详情见IO控制章节。

2.8 触发统计

触发统计功能统计了总触发数量以及触发丢失的数量。

总触发数量的定义：硬触发模式下，为经过触发过滤之后的触发数；软触发模式下，为所有触发数。

当摄像机接收到硬触发或者软触发信号时，如果其正处于触发周期，将无法响应新的触发信号，此时会造成触发信号丢失。

切换工作模式或者触发源，不会自动清空此统计。

相关命令：trgcount，trgclr。

2.9 图像属性

2.9.1 测试图

2.9.1.1 竖向彩条

Gx Vertical color stripes

相关命令: testimg

2.9.2 像素格式

GX系列相机输出格式符合MIPI CSI-2标准，以GX_MIPI_IMX662为例支持的像素格式如下表

参数	描述
0	Mono8
1	Mono10
2	Mono12
3	Mono14(预留)
4	UYVY
5	RGB888
7	YUYV

相关命令: pixelformat

2.9.3 图像尺寸和最大帧率

图像尺寸和最大帧率

型号	图像尺寸	最大帧率
GX_MIPI_IMX662	1920*1080	60fps

相关命令: curwh , maxfps

2.9.4 图像方向

参数	描述
0	正常(Origin)
1	镜像(Mirror)
2	翻转(Flip)
3	翻转与镜像(Mirror & Flip)

Gx Camera Mirror/Flip

相关命令: imgdir

2.9.5 图像模式

图像模式通常指的是图像传感器在捕捉图像时采用的不同工作模式。这些模式决定了传感器如何读取和处理从像素阵列捕获的数据，从而影响输出图像的质量、分辨率以及低光性能等特性。

normal模式：

• 在这种模式下，图像传感器会以它的最大分辨率读取每个像素的信息，这意味着每一个物理像素都对应着输出图像中的一个像素。
• 这种模式适合需要高分辨率图像的应用场景，如文档扫描或需要详细背景的摄影。
• 优点是图像细节丰富，分辨率高；缺点是在低光照条件下可能产生更多噪点。

2x2binning模式：

• 在此模式中，相邻的2x2个像素（即4个像素）被组合成一个超级像素。这样做可以提高图像的感光度，因为四个像素的信号被合并在一起。
• 这种模式通常用于改善低光条件下的图像质量，减少噪点，并且可以加快图像读出速度。
• 缺点是图像分辨率降低为原来的四分之一，因此不适合需要高分辨率的场合。

subsampling模式:

• 该模式是一种跳过某些行和列的方式读取图像数据，以此来减少输出图像的分辨率。例如，如果采取2x的子采样率，则只会读取每隔一行和一列的像素信息。
• 这种模式可以提供比Binning模式更高的分辨率，但仍然低于Normal模式，同时保持了较好的低光性能。
• 它适用于那些对分辨率要求不是最高，但需要快速读取图像或者传输带宽有限的场景。

相关命令: readmode

2.9.6 lane数目

用于摄像头（CSI-2）和显示屏（DSI）的数据传输。其中，MIPI CSI-2（Camera Serial Interface 2）是摄像头常用的接口协议。

在 MIPI CSI-2 中，数据通过一个或多个 差分信号对（称为 Lane，即“通道”）进行高速传输。每个 Lane 包含一对差分信号线（正负），用于单向传输图像数据。

当前GX_MIPI_IMX662支持2lan输出。

项目	2-lane	4-lane
带宽	较低	更高（约 2 倍）
支持分辨率/帧率	如 1080p@60fps、720p@120fps	如 4K@30fps、1080p@120fps+
PCB 布线复杂度	简单	更复杂（需更多差分对，严格等长匹配）
功耗	较低	略高
兼容性	广泛支持	需主控和传感器均支持 4-lane

相关命令: lanenum

2.9.7 mipi输出lane速率

是指 每条数据通道（Lane）上传输数据的速度，通常以 Gbps（Gigabits per second） 为单位。

Lane 速率 = 每条 Lane 每秒能传输多少比特（bit）的数据

• 单位：Mbps 或 Gbps
• 例如：1.5 Gbps/Lane 表示每条 Lane 每秒可传 15 亿比特
• 总带宽 = Lane 数 × 每 Lane 速率 如 4-Lane @ 2.0 Gbps → 总带宽 = 8 Gbps

这里的mipi相机属于低功耗，原始数据量小应用，传输速率以kbps计算

相关命令: mipidatarate

2.9.8 视频模式

对于 Gx 系列相机模块，支持 8 种预设的视频分辨率与帧率组合，可通过配置参数 [0–7] 进行选择，以匹配不同的应用场景和性能需求。

以 GX_MIPI_IMX662 为例：

• 默认配置为 参数 0
• 对应的输出格式为 1080p@60fps（1920×1080，60 帧/秒）

用户可根据实际需要，通过切换配置索引（0 到 7）快速启用其他分辨率或帧率模式。

相关命令: videomode

2.9.9 最小帧率

当前模式下支持的最小帧率的10000倍

如GX_MIPI_IMX662，支持的最小帧率是0.065fps

相关命令: minfps

2.9.10 帧率

相机每秒钟捕获或输出的图像帧数，单位是 fps

相关命令: fps

2.10 ISP功能

2.10.1 曝光模式

曝光是指图像传感器接收光线的时间长度。

• 曝光时间越长 → 传感器接收的光越多 → 图像越亮（但也可能模糊）
• 曝光时间越短 → 接收光越少 → 图像越暗（但可冻结高速运动）

Gx系列相机支持手动和自动曝光模式

相关命令：expmode

2.10.1.1 自动曝光

• 相机自动调整曝光时间（有时也包括增益/ISO），使画面亮度保持在合理范围。
• 适用于光照变化的场景（如户外、室内切换）。

2.10.1.2 手动曝光

• 用户固定设置曝光时间（和增益），相机不再自动调整。
• 优点：
  • 帧间亮度一致
  • 可精确控制运动模糊
  • 适合高速拍摄、同步触发、AI推理等场景
• 缺点：若环境光突变，图像可能过曝或欠曝

2.10.2 目标亮度

自动曝光的目标亮度，是相机自动调节曝光参数时所追求的“理想画面亮度”，它直接影响成像的明暗风格，并可根据应用需求进行优化设置。

相关命令：aetarget

2.10.3 曝光策略

是指相机在启用自动曝光（Auto Exposure, AE）功能时，如何动态调整曝光参数（如曝光时间、模拟/数字增益），以使图像亮度达到目标值的一套控制逻辑和算法规则。

不同策略适用于不同场景，直接影响成像的稳定性、响应速度、噪声水平和运动模糊程度。

在Gx系列中有以下两种模式：

1. 亮区优先模式（高光优先）
2. 暗区优先模式（低光优先）

相关命令：aestrategy

2.10.4 曝光时间

是指图像传感器每个像素接收光线照射的持续时间，单位通常是：

• 微秒（μs）——嵌入式/工业相机常用
• 毫秒（ms）或 秒（s）——消费级相机常用

曝光时间分为自动曝光时间和手动曝光时间

2.10.4.1 自动曝光时间

相机根据当前画面亮度自动动态调整曝光时间（有时也包括增益/ISO），以使图像亮度接近预设的“目标亮度”。

优点：

• 适应性强：可在不同光照环境（如从室内到室外）下自动保持合理亮度；
• 用户无需干预，操作简单；
• 适合普通视频、监控、手机拍照等通用场景。

缺点：

• 帧间亮度可能波动，导致闪烁或不稳定；
• 在频闪光源下（如 LED 灯、荧光灯），可能因与灯光频率不同步而出现明暗条纹或跳变；
• 不适合对成像一致性要求高的场景（如机器视觉、AI推理、测量）。

相关命令：exptime

2.10.4.2 手动曝光时间

用户显式设定一个固定的曝光时间值（单位通常为微秒 μs 或毫秒 ms），相机不再自动调整，始终保持该曝光时长。

优点：

• 帧间亮度高度一致，无闪烁；
• 可精确控制运动模糊（短曝光冻结动作，长曝光制造拖影）；
• 易与外部光源（如闪光灯、频闪灯）同步；
• 是工业检测、AI视觉、科学成像等专业应用的标准配置。

缺点：

• 环境光突变时，图像可能过曝（太亮）或欠曝（太暗）；
• 需要用户具备一定成像知识，或依赖稳定光照条件；
• 曝光时间不能超过 1 / 帧率（否则会丢帧）。

相关命令：metime