目前,一体化摄像机以价格合理、性能完善、安装方便等优势,在监控摄像机领域得到广泛应用。利用CCD图像传感器进行一体化摄像机的研制,设计复杂,成本相对较高。CMOS图像传感器产品技术越来越成熟,其性能已经达到或超过CCD。利用CMOS图像传感器进行一体化摄像机的研制,在保证高质量图像的前提下降低了设计复杂度和产品成本。基于CMOS图像传感器的一体化摄像机在监控系统中有着巨大的应用价值。本文采用“CMOS图像传感器+ FPGA +单片机”的设计方案,设计了22倍PAL制一体化摄像机。整个设计分为硬件电路设计和控制程序设计。硬件电路设计采用模块化设计方法,共分为四个模块:图像采集模块、FPGA模块、单片机控制模块和电源模块。论文针对各模块的功能对主芯片进行选型并完成了电路原理图的设计。PCB的设计是在基于信号完整性分析的基础上,通过对集总电路元件(电阻、电容和电感)和传输线等进行等效、建模分析,从而把物理特性转化为电气模型。然后利用等效电气模型对整个设计的电气性能进行了优化,解决了PCB设计中的串扰、反射、电源分配系统的轨道塌陷等问题,同时有效降低了整体设计的电磁干扰和辐射,最终设计出性能稳定的硬件电路。控制程序分为CMOS图像传感器初始化程序、自动聚焦程序、片内OSD程序、RS-485通信程序。CMOS图像传感器内部包含400多个控制寄存器和变量,这些寄存器和变量可以通过I2C接口进行读写。只有对这些寄存器和变量进行正确的配置,图像传感器才能按设计要求工作。一方面利用单片机的I2C通信机制,通过对多个彼此存在相关性的寄存器和变量进行配置,实现了传感器芯片的初始化。同时,通过对传感器芯片内部相关命令寄存器的配置和单片机的时序控制,实现片内OSD功能。另一方面利用单片机的SPI通信机制,实现了与FPGA之间的通信,单片机读取FPGA的聚焦评价函数值,结合改进的爬山搜索策略实现了自动聚焦。此外,单片机通过RS-485通信机制实现远程监控。本文设计的一体化摄像机动态范围达到52dB,最低照度为0.09Lux,具有较高的性价比。满足一体化摄像机的主要参数及性能指标,可广泛应用于港口、视频会议、智能交通、智能小区等监控系统中,应用前景较好。