整理攝像頭圖像采集模塊講解

1、精品文檔智能車制作路線圖官網(wǎng)查詢了解往屆比賽規(guī)則1軟件設(shè)計與調(diào)試16位xs12832位冷火32位k6015%壯烈犧牲50%下落不明25%半路跳槽校內(nèi)賽、區(qū)賽、國賽精品文檔選擇比賽組別選擇主控單片機(jī)購買相應(yīng)配件同一學(xué)校同一組別單片機(jī)型號不同精品文檔攝像頭組小車構(gòu)成框圖ECT電源：DC3.3VDC5V舵機(jī)測速模塊攝像頭精品文檔精品文檔三、智能車攝像頭類型圖像傳感器根據(jù)感光原理可以分為CCIW像傳感器和CMOS像傳感器。根據(jù)信號輸出形式又可以分為模擬信號輸出與數(shù)字信號輸出。下面分別就圖像傳感器的這幾種類型進(jìn)行簡單的討論。攝像頭,CCD攝像頭COMS攝像頭功耗大，發(fā)熱比/藐大，造皿I信號不夠磕定功耗小

2、，發(fā)圖像動國、名不上CCD;功耗小，發(fā)熱小圖像動態(tài)性能、tt不上CUJ其攝像頭的分類和大概的優(yōu)缺點如上圖所示，CC映像頭的優(yōu)點是圖像質(zhì)量高，動態(tài)性能好。缺點是素元顆粒大，體積大，能耗高（往往需要12VDCf壓電路），需要外圍電路控制，且無法和外圍信號處理電路集成。但是因其成像質(zhì)量較CMOS的原因，高端照相機(jī)，攝像機(jī)等對圖像質(zhì)量要求較高的設(shè)備往往使用CCD圖像傳感器。CMOS缺點是圖像質(zhì)量較CCD1,動態(tài)卜t能不如CCD但CMOS優(yōu)點是像素元顆粒小，體積也小，像素陣列可以和信號處理器集成在一起，由于集成了內(nèi)部信號處理器，所以可以設(shè)置參數(shù)，故CMOS片一般可以直接同步輸出數(shù)字信號和時序信號。CMO

3、S像傳感器的圖像質(zhì)量雖然較CCDJ差，但是并沒有影響到智能車的控制或者說沒有嚴(yán)重到不可克服的程度。而通過上文介紹，我們知道CMOS感器相較于CCDC著以下的優(yōu)點：CMO幽像傳感器功耗小，一般只需5V電壓即可工作，甚至有3.3V型號，相較與CCD的12V電壓需求相比，CMOS專感器的電源與系統(tǒng)大多數(shù)芯片和控制電路相兼容，無需額外升壓電路，采用CMO前化了電路，提高了可靠性。精品文檔精品文檔四、攝像頭信號轉(zhuǎn)化有很多種方案方案一：采用單片機(jī)的ADD,讀取圖像數(shù)據(jù)。這個方案的優(yōu)點是外接電路簡單。缺點是受到單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換速率的影響，讀取的數(shù)據(jù)慢，而且數(shù)據(jù)錯誤率較高，同時嚴(yán)重的占用單片機(jī)的資源，導(dǎo)致程序運(yùn)

4、行慢等的缺點。一般單片機(jī)超頻到64M下，一行采集大概是80個點。其精度對于圖像的分析是不夠的，特別是前瞻50cm以后的信號。所以一般剛剛接觸攝像頭的選手會選擇此方案。但是稍微要提高車子的速度，該方案有很大的局限。所以我們手創(chuàng)科技不推薦選手選擇此方案。方案二：采用片外AD芯片，例如是高速AD轉(zhuǎn)換芯片：TLC5511。具優(yōu)點是轉(zhuǎn)化速率快，能夠?qū)崿F(xiàn)比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。但其缺點是外圍電路比較復(fù)雜，同時占用8個單片機(jī)IO口，成本比較高等。從對圖像的黑線提取的角度考慮，比較難實現(xiàn)動態(tài)閥值（動態(tài)閥值提取黑線的具體原理，下面會介紹）。TLC5511電路圖如下圖說明：BOND3DGXD,卜lVg-TW的M2JU

5、方案三：采用高速比較器，例如是高速比較器AD8032,（我們試驗LM393也可以達(dá)到此效果）。通過選擇合適的電壓作為比較器的參考電壓，把圖像信號轉(zhuǎn)化為高低電平信號，其輸出信號直接接到單片機(jī)的IO口，可以讀取到圖像信號，一般可得到黑線為1,白板為0的圖像信號，（或者是黑線為0,白板為1的圖像信息）。此方案優(yōu)點是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化速率快，若輸出信號接單片機(jī)低位的IO口，同時單片機(jī)超頻到64M和使用指針程序，一行可以采集到250個點。同時能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（幾乎不會出錯）。其精度對于圖像的分析是夠的，一般在光線均勻和精品文檔精品文檔參考電壓合理的前提下，最遠(yuǎn)處的黑線信號可以采集到4-5個點。此方案缺點是參

6、考電壓固定不變，若不經(jīng)過其他電路或者軟件處理，很難實現(xiàn)動態(tài)閥值，所以導(dǎo)致圖像信號受環(huán)境光線強(qiáng)度的影響。造成車子的環(huán)境適應(yīng)能力很差，特別是當(dāng)車跑的快時，容易丟失信號，造成車子未能正確識別路徑。所以此方案雖然有很大的優(yōu)點，但也有其比較致命的缺點。手創(chuàng)科技團(tuán)隊根據(jù)以上三種方案的分析，決定充分利用方案三的優(yōu)點，同時解決了方案三的缺點，提出了方案四，方案四是在方案三的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，并且把方案四的技術(shù)集成到手創(chuàng)科技團(tuán)隊開發(fā)的攝像頭，該攝像頭輸出行中斷信號，場中斷信號，圖像黑線和白板的高低電平信號（這里是通過電路實現(xiàn)的，輸出的電平信號可以直接接單片機(jī)任意的一個IO口，都可以讀取圖像信息）。方案四：？采用高速

7、比較器，例如是高速比較器AD8032,（我們試驗LM393也可以達(dá)到此效果）。通過鏡像電路，得出與原圖像信號相反的電壓信號作為比較器的參考電壓，（也就是按照我們?nèi)说乃季S，當(dāng)攝像頭輸出電壓比較高的白板時，我們希望找到一個比這個白板的電壓低很多的電壓值作為比較器的參考電壓，同時若攝像頭輸出電壓比較低的黑線時，我們希望找到一個比這個黑線的電壓高很多的電壓值作為比較器的參考電壓，這樣的話，我們就能夠確保比較器輸出的信號是準(zhǔn)確的。把原始的圖像信號鏡像后作為比較器的參考電壓，剛剛好符合這個人的思維）把圖像信號轉(zhuǎn)化為高低電平信號，其輸出信號直接接到單片機(jī)的IO口，就可以讀取到圖像信號，一般可得到黑線為1,白

8、板為0的圖像信號，（或者是黑線為0,白板為1的圖像信息）。此方案優(yōu)點是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化速率快，若輸出信號接單片機(jī)低位的IO口，同時單片機(jī)超頻到64M和使用指針程序，一行可以采集到250左右個點。同時能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（出錯率小于0.1%）。同時當(dāng)環(huán)境光線變化時，本攝像頭因給比較器的參考電壓相對空間比較大（也就是白板給的電壓比較低，黑線給的電壓比較高），所以環(huán)境變化造成的信號變化，對本攝像頭的影響很小，單片機(jī)不用采用任何處理，一般光線在比較大的范圍內(nèi)變化，最遠(yuǎn)處的黑線信號都可以采集到4-5個點，其精度對于圖像的分析是絕對夠的，同時也能確保在不同光線的環(huán)境下，也能輸出正確的黑線信號。所以采用此方案，在

9、調(diào)整好相對鏡像電壓后，選手不必?fù)?dān)心光線不均勻?qū)囎拥挠绊?，甚至不用但光線對車子的影響。（當(dāng)然這里要說明的是，任何技術(shù)都是在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)的，也就是說本攝像頭雖然環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，但是也不是萬能的攝像頭，選手不要誤會我們的攝像頭能夠識別晚上黑暗和太陽光下的環(huán)境。明確的說明，我們的攝像頭做不到這樣。我們攝像頭是在一定光線強(qiáng)度下，能夠比較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境的變化。）此方案缺點：由于鏡像電路需要響應(yīng)時間（鏡像電路的工作頻率150MHZ）,精品文檔精品文檔故一行圖像中黑線的起始點與沒有采用鏡像電路的方案三相比將往后推遲一個點左右，但幾乎不影響黑線的提取，采用此方案，提取的點個數(shù)不變。所以此方案有很大的優(yōu)點，缺點

10、相對對車子的影響可以忽略。（下面，我簡單分析下目前各視頻采集方案的優(yōu)劣:1 .模擬攝像頭（CCDffi模擬CMOS+LM1881=MCUA/D（我們采用的是硬件的二值化法）這個方案應(yīng)該說是最經(jīng)典的方案，優(yōu)點：成本低（LM1881只要10元）；方案實現(xiàn)簡單（只需根據(jù)幾個同步信號，開啟AD連續(xù)采集即可）；缺點：需要A/D速度支持，以獲得高分辨率。A/D速度與MCU&線時鐘有關(guān)，所以需要超頻，但MCU急定性必須犧牲。改進(jìn)：為提高圖像采集的分辨率，有的隊伍引入高速片外AD,效果也很不錯，如上海大學(xué)白騎士，AD采用5510這類已足夠，價格15元左右2 .模擬攝像頭（CCDF模擬CMOS+SAA711劑頻

11、解碼+AL422B=MCUIO這個方案個人所知只有第二屆華南理工用過優(yōu)點：經(jīng)典的圖像采集方案，為各視頻采集卡和其他產(chǎn)品所應(yīng)用，能完整采集整幅圖像。攝像頭兼容性好，可以隨時更換更好的攝像頭，獲得更清晰圖像，而采集部分軟硬件不需要做太大改變?nèi)秉c：方案復(fù)雜，涉及大量邏輯操作，一般用CPLD|FPGA!己合。在智能車比賽中，規(guī)定不能使用可編程器件，使用74做邏輯功能，控制幾個芯片較為復(fù)雜，體積、可靠性都很難保證，制作難度較大。涉及IIC操作，增加調(diào)試時間難度。3 .數(shù)字?jǐn)z像頭（CMO數(shù)字：OV762野）=MCUIO這個方案是網(wǎng)友們提出的，具監(jiān)視數(shù)字?jǐn)z像頭的VSY洞HRE帝號，每行開始時，連續(xù)讀取MCU

12、fCMOS!接的數(shù)據(jù)口Y口。優(yōu)點：數(shù)字?jǐn)z像頭方案，采集簡單，無需A/D缺點：與模擬攝像頭+ADfe似，采集分辨率與MCUS率相關(guān)。數(shù)字?jǐn)z像頭信號輸出頻率可高達(dá)13.5MHz,沒有DM勤能MClKIO讀信號再寫入內(nèi)存，速度跟不上，同樣需要犧牲穩(wěn)定性進(jìn)行超頻使用。因為沒有引入PCLKK頻同步信號，直接采集CMO數(shù)據(jù)口，有可能會采集到不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)（即CMO頷據(jù)口狀態(tài)正在改變時）這一點可能造成嚴(yán)重的干擾4 .數(shù)字?jǐn)z像頭（CMO數(shù)字：OV762野）+FIFO=MCUIO精品文檔精品文檔優(yōu)點：這個方案克服了方案3中MCI度與CMO不匹配的問題，采用FIFO作為緩沖，可以采集完整圖像。圖像采集分辨率與FIF

13、O容量有關(guān)。缺點：FIFO價格較高，特別是大容量。若使用視頻FIFO,性價比較高，!同樣有方案2中大量邏輯器件的問題。CMOS模塊性價比極低，CMO芯片只需20-30元，售價200元五、以ov5116攝像頭為例的信號轉(zhuǎn)化5.1 ov5116信號講解本攝像頭原始的視頻信號如下圖所示與理論的視頻信號相吻合行洎隆區(qū)V行犯修內(nèi)間HT復(fù)合清障味沖W問期M沖精品文檔精品文檔度嫡視頻信相囪廚醪矗萼精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔經(jīng)過串口和調(diào)試程序得到的圖像信息!la:!-HwwrFrFFF律prFrrFrrwFFPFtiFrrFrrlrEMFrrFrF-M昨FTU*爐即沖”巾用球時亦以冊巾舊歷年博年痔訕沖沖

14、嚇沖小”而旭ggjsFFrFK林EKn,rlITFfFrrp-wnMITnrFn-IrfE:AFFnn-FFrTlfMBFFITnrFH1n,EBrf-nrFerrErlirfbrlBITrf富魯備8書腎*品部霽修;需1:22晶而:17口胃霽口瞽;竊品晶普胃口力!:胃viJyMKIUil-*力祚甘州昨PF”“髭gac二圖岫0cEMrTgrJ尋仃3僵升3品昌呂修8%魯;“獸名笄8二00口心BBg9BnEXnrT”rFffnrpnn!rrfrfFrFrFFFnrTrlffrTlrl，rTr1!rr!,?r,FrFHiHnKnK|70股外|7|1:g匠幀ffiM舊舊附gglbOQgrEI懺BrFfF

15、”7T#wTrM”1Lum鼻器.lolmmLUuuEmncw-BHE-rnkMnfjIrTFrnnFJkrjrrmETFTrrmcirrRflTFTli.rHnFTnHFTMn,nBWBH器0MOD面EMsam霖H歲TE呂胃；MElvMrEErFXBRVlv1片HrltHr#08mBe需1BEWEaMBBe黑丹HEanBXW普月MBsfrffsssssffsssssfffffsTrrFFrn-pr”rrrrMwkkIJIEfnMruwBm時帆gMm宴IrrrEgMw-RgEEMg噴也皿E1崎帕IDgmnngfif-K1gMMtfcfwwnnHRrJrlrpknE:M或言財0|98m0需身需整需

16、B8S罌錯料tn83BMBGCQ&E酬需印罌!l;gmwiMllxl:wfllgwgmfnMwgwErl,MiM88LUraMMgluLUGEgMBwgMIM!aggw0EgglugwgrfkMwsnssss8s5imsiwsswmmefiMeBwBmfiaIMIfflDDMalmIKMiXM聊EnMttolH制畫cnEHaolwEJUiDnEnttmBcniTIB修她E川的enEttwaBtfi制X揩黑曲囂時器容匿器雷器后落黑盤曲器雷Agse器威D罌好仲器霏0器WRENENK3霸莽Frh#=專寄“罌N2i2KESMIKHNHIHIHal-l-LrFTPTrTnEri門口肝H后B窿|口力:修P

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18、MaiMEmwsm5M080如皿海鶴08處厘皿ggw警0皿E通蛇mBWB:&即BmaB.，HFTneecr始需黑密帝需罌叫帕sg圖片器圖盅奧嶼2雷砧圖8圖罌的累2器”#哥普，廣小鬲,irli.lll=Li.k:lM-Fi.山揄.1t!T1IE不.:國面的m.l,m:IIrflllKI前,F-H-iliEp-wKI和用亭err網(wǎng)打rfBnrggMiSW圖僮時MNODwnDEMIwlsB曲nnmMM!l3聞岫*M*gEm修門口ruEJtrf”RrrnM”,nwWB制國l&-nfilw曲加但HnaDuuEF前酶MM四FT18MM-KI.lJETKKntpffi片ArFrFlrF!nR肝仃“制”rr抨

19、fFn,rlAVTrFLUmfflmnflWBLiJCKIrriMDnQUIJUulrflrllnmLalLUuuElllMlil口舊電FTlirnFrHWl-fnlrlHkn,MnnRIirrFrlifnRkFTilrEWwrlkgEMM口zwswMMAaD四面面MMBBnEll-MnTTw”UFI!FT仃rr四口再收“嚇河”叫收打門印口TfTHu*An霜m零*第帕BE能rrl言鑿制器器“彳普工門Ma二IIIiillrlmms-uuw間|!面加而|11|:而|加|1四於甘rFrrrfrTrrrrtfnriirfrl!rrrrRrn”rfrrlrFJrT”rjsrfrrrFrrrrrl.rFT

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22、E.1FI,”Ex”rFrr”pii:”FFrFMFTMEFFFFEtFFMFFrFMEM；：fFFPrFJPE”Fr門rFHEp1rrrPFFT精品文檔精品文檔5.2 硬件電路講解5.3 軟件部分講解#include#includederivative.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharvoidpll_init();voidpwm_init();voiddelayms(uintms);voidIO_Init(void);voidTIM_Init(void);voidSCI_Init(void);voidSCI_Write(unsig

23、nedcharSendChar);voiddelay(uintnum);voidmyfun();#definelie31#definehang_end130ucharc_lie=0;uintlie_count=0;uchartaliehang_end;uintget_hang=17,40,60,78,94,109,123,135,146,156,165,174,181,187,195,200,206,210,215,219,精品文檔精品文檔223,227,231,234,237,240,243,245,248,250,251);uinth,l,i,mlz,mly,zhongxian,lie_1

24、,start_flag=0;voidmain()(pll_init();pwm_init();IO_Init();TIM_Init();SCI_Init();EnableInterrupts;DDRE=0xff;for(;)(/*for(lie_1=0;lie_1lie;lie_1+)/發(fā)送圖像(for(i=0;i130;i+)(if(talie_1i),(SCI_Write(0x20);/出*)else(SCI_Write(0x2a);/出)SCI_Write(0x0d);/回車SCI_Write(0x0a);)*/myfun();)voidmyfun()(if(PTJ_PTJ7=0)/舵機(jī)

25、開關(guān)(start_flag=!start_flag;DDRE=DDRE;/指示燈PWME_PWME3=!PWME_PWME3WPWME_PWME1=!PWME_PWME順delayms(100);精品文檔精品文檔while(PTJ_PTJ7=0);)if(PTJ_PTJ6=0)/電機(jī)開關(guān)(PWMDTY01=500;PORTB_PB6=!PORTB_PB6;delayms(100);while(PTJ_PTJ6=0);)if(start_flag)(.h=5;for(l=0;l0;l-)(if(tahl=1)(mly=l;zhongxian=(mlz+mly)/2;if(zhongxian90)

26、(PWMDTY23=3000;)elseif(zhongxian40)(PWMDTY23=5500;)else(PWMDTY23=4300;)break;)break;)else精品文檔精品文檔(/PORTB=0x00;PWME=0x00;)/*for(l=0;l0;l-)(if(tahl=1)(mly=l;zhongxian=(mlz+mly);zhongxian=zhongxian/2;if(zhongxian65)(PWMDTY23=3500;PORTE=0xff;)else(PWMDTY23=5000;PORTE=0x00;)break;)break;)*/)voiddelay(uin

27、tnum)(uinta,b;for(a=0;anum;a+)for(b=0;b0;m-)for(n=4400;n0;n-);voidSCI_Init(void)SCI0BD=312.5;/115200bpsSCI0CR1=0;/正常8位模式，無奇偶校驗SCI0CR2=0X2C;/發(fā)送接受允許中斷允許精品文檔精品文檔voidSCI_Write(unsignedcharSendChar)(.while(!(SCI0SR1&0x80);SCI0DRH=0x00;SCI0DRL=SendChar;voidTIM_Init(void)(.TIOS=0x00;/外部輸入捕捉0,1通道場中斷TCTL4=0x

28、09;通道0上升沿觸發(fā)行中，通道1下降沿觸發(fā)TSCR1=0x80;/使能TSCR2=0X00;TIE=0x03;/通道0,1中斷使能TFLG1=0xFF;清中斷標(biāo)志位voidIO_Init(void)_DDRS_DDRS2=0;/行中斷的采集口DDRJ_DDRJ7=0;DDRJ_DDRJ6=0;DDRB=0xff;PORTB=0x00;#pragmaCODE_SEG_NEAR_SEGNON_BANKEDvoidinterrupt8PT0_Interrupt(void)DisableInterrupts;TFLG1_C0F=1;delay(1);/確保不采到消隱信號tac_lie1=PTS,ta

29、c_lie4=PTStac_lie7=PTSPTS2;PTS2;PTS2;if(lie_count=get_hangc_lie&c_lielie)-tac_lie0=PTS_PTS2;tac_lie2=PTS_PTS2;tac_lie3=PTS_PTS2;tac_lie5=PTS_PTS2;tac_lie6=PTS_PTS2;tac_lie8=PTS_PTS2;精品文檔精品文檔tac_lie9=PTS_PTS2;tac_lie11=PTS_PTS2;tac_lie12=PTS_PTS2;tac_lie14=PTS_PTS2;tac_lie15=PTS_PTS2;tac_lie17=PTS_PT

30、S2;tac_lie18=PTS_PTS2;tac_lie20=PTS_PTS2;tac_lie21=PTS_PTS2;tac_lie23=PTS_PTS2;tac_lie24=PTS_PTS2;tac_lie26=PTS_PTS2;tac_lie27=PTS_PTS2;tac_lie29=PTS_PTS2;tac_lie30=PTS_PTS2;tac_lie32=PTS_PTS2;tac_lie33=PTS_PTS2;tac_lie35=PTS_PTS2;tac_lie36=PTS_PTS2;tac_lie38=PTS_PTS2;tac_lie39=PTS_PTS2;tac_lie41=PT

31、S_PTS2;tac_lie42=PTS_PTS2;tac_lie44=PTS_PTS2;tac_lie45=PTS_PTS2;tac_lie47=PTS_PTS2;tac_lie48=PTS_PTS2;tac_lie50=PTS_PTS2;tac_lie51=PTS_PTS2;tac_lie53=PTS_PTS2;tac_lie54=PTS_PTS2;tac_lie56=PTS_PTS2;tac_lie57=PTS_PTS2;tac_lie59=PTS_PTS2;tac_lie60=PTS_PTS2;tac_lie62=PTS_PTS2;tac_lie63=PTS_PTS2;tac_lie6

32、5=PTS_PTS2;tac_lie66=PTS_PTS2;tac_lie68=PTS_PTS2;tac_lie69=PTS_PTS2;tac_lie71=PTS_PTS2;tac_lie72=PTS_PTS2;tac_lie74=PTS_PTS2;tac_lie10=PTS_PTS2;tac_lie13=PTS_PTS2;tac_lie16=PTS_PTS2;tac_lie19=PTS_PTS2;tac_lie22=PTS_PTS2;tac_lie25=PTS_PTS2;tac_lie28=PTS_PTS2;tac_lie31=PTS_PTS2;tac_lie34=PTS_PTS2;tac_

33、lie37=PTS_PTS2;tac_lie40=PTS_PTS2;tac_lie43=PTS_PTS2;tac_lie46=PTS_PTS2;tac_lie49=PTS_PTS2;tac_lie52=PTS_PTS2;tac_lie55=PTS_PTS2;tac_lie58=PTS_PTS2;tac_lie61=PTS_PTS2;tac_lie64=PTS_PTS2;tac_lie67=PTS_PTS2;tac_lie70=PTS_PTS2;tac_lie73=PTS_PTS2;精品文檔tac_lie76=PTS_PTS2;tac_lie79=PTS_PTS2;tac_lie82=PTS_P

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