CMOS图像传感器OV7620在记录系统中的应用.doc

CMOS图像传感器OV7620在记录系统中的应用 第29卷第4期xx年12月电子器件Chinese JournalOf ElectronDevicesVol.29No.4Dec.xxApplication ofCMOS Digital Camera OV7620in RMBNumber RecognitionandRecordation Systemof Cash2Counting MachineYUAN Wei2qi,TA NG Yong2hua3(Computer VisionGroup,Shenyang Universityof Technology,Shenyang110023,China)Abstract:The digitalcamera OV7620is appliedto pletethe on2line collectionof number image.The SC2CB(the OmniVision Serial Camera Control Bus)is simulatedthrough theHPI(Host2Port Interface)ofDSP(Digital SignalProcessors),in orderto initializethe OV7620;DSP controlsthe digitalimage datato bestoredin thespecifically locationdirectly afterthe initializationresults fromthe multi2power supplyof thesystem.Nowadays,OV7620can supplythe legible,integrated numberimage data,which isxx40,forsystem at30frames persecond.For therate ofcash2counting machineis1520frames persecond,OV7620can gatherthe RMBnumberimageon2line,while thecash2counting machineis workingnormally.Key words:OV7620;DSP:SCCB;Cash2counting machine;Number recognitionEEACC:7230GCMOS图像传感器OV7620在点钞机人民币号码识别记录系统中的应用苑玮琦,汤永华3(沈阳工业大学视觉检测研究所,沈阳10023):xx212208基金项目:xx年辽宁省教育厅高等学校科学研究资助项目“基于DSP的纸币号码自动识别记录系统的研究”(xxC069)作者简介:苑玮琦 (19602),男,博士,主要从事图像处理和模式识别的研究工作;汤永华 (19802),男,硕士,研究方向为视觉检测,数字图像处理等,sdsgtyh163.摘要:在点钞机人民币号码识别记录系统中应用图像传感器OV7620实现号码图像的在线采集。 通过DSP(数字信号处理器)的HPI(主机接口)编程实现SCCB(串行摄像机控制总线)总线协议,完成对OV7620的初始化;系统通过多电压供电使OV7620初始化后在DSP的控制下实时的将目标数字图像数据直接保存到系统指定的数据存储位置。 目前OV7620可以30frame/s的速度为系统提供xx40大小、清晰、完整的号码图像数据。 由于目前点钞机的运行速度为1520piece/s,用OV7620完全能够在点钞机正常运行过程中实现对人民币号码的在线采集。 关键词:OV7620;DSP;SCCB;点钞机;号码识别:TP212.6:A:100529490 (xx)0421316204人民币、特别是大面额纸币抢劫事件通常涉及金额巨大,因此不仅使国家、个人以及金融机构遭受严重经济损失,而且也一直是影响社会治安,危害社会稳定的重要因素。 如果根据人民币号码的唯一性,在纸币入库前登记人民币的号码,若发现目前流通的纸币与被抢劫人民币号码相一致,则限制其流通,并为抢劫案件的侦破提供线索,同时也对抢劫案犯产生震慑作用。 因此有必要在货币流通市场提供一种便携式人民币号码自动识别记录装置。 该装置要求在点钞机上实现对人民币号码的在线采集和识别,显而易见系统实现的前提是准确无误的采集到清晰的人民币号码数字图像数据。 根据当前点钞机1015piece/s的运行速度,要求图像采集的速度也应该在1015piece/s的范围内。 另外由于系统应用的特殊性要求性能必须可靠,还由于点钞机机身体积的限制,要求图像采集电路必须尽可能的小,此外还必须对获取的图像进行开窗处理,控制所采集数字图像的大小。 目前,用于获取图像的方式主要是通过CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补型金属氧化物半导体)及CIS(接触式图像传感器)三种图像传感器4。 CCD图像传感器构成的图像采集系统必须外加模拟放大器、A/D转换器、滤波器等附加电路,既增加了系统复杂度和体积,又不利于系统运行的稳定性。 接触式图像传感器CIS(Contact ImageSensor)获取的图像质量相对不如CCD和CMOS,特别是存在磨损现象,由于点钞机使用频繁,因此寿命太短。 CMOS图像传感器具有功耗小、成本低、单一电源驱动,易于实现片上系统集成等。 随着技术的发展和制作工艺水平的提高,目前CMOS图像传感器不仅价格低廉,已经实现直接数字化输出、软件可编程控制,大大降低系统设计的难度,减小系统体积,提高系统设计的灵活性和稳定性,不存在磨损现象,使用寿命长。 图像传感器OV7620目前在图像采集领域使用比较广泛,图像转换速度最高为30piece/s,速度可调,价格低廉,图像效果较好,且具有开窗功能,能满足系统需要,属于主流芯片之一。 1系统构成及图像传感器的功能1.1系统构成点钞机人民币号码识别记录系统主要由图像传感器OV 7620、数字信号处理器(DSP)、时钟电路、点钞机等几大部分组成。 系统框图如图1所示。 图像传感器OV7620将拍摄的模拟图像进行抗图1系统框图混叠滤波、放大、A/D转换以及图像截取等预处理过程,从而转换为后续电路能够进行进一步处理的数字图像数据1。 转换后的数字图像数据通过数据线被输出给数字信号处理器(DSP),数字信号处理器(DSP)接收到数据后按事先设定的存放地址以次进行存放,接收完以后即进行数据处理和识别,然后将识别结果进行传输或保存。 1.2图像传感器在系统中的功能图像传感器OV7620在系统中的主要功能是采集号码图像,并对获取的图像进行抗混叠滤波、放大、A/D转换以及图像截取(开窗)等预处理,从而在指定的运行速度下最大程度的保证为系统提供的数字图像的质量。 号码识别算法的优化和实现,以及对图像可能存在的污点等的处理在后续的识别模块中完成。 2系统实现图像传感器OV7620必须从软、硬件设计方面针对系统要求进行设计。 本模块硬件连接电路图如图2所示:图2图像采集模块电路图7131第4期苑玮琦,汤永华:CMOS图像传感器OV7620在点钞机人民币号码识别记录系统中的应用2.1OV7620初始化为满足号码识别对数字图像的要求,保证识别率,必须使OV7620工作在系统要求的模式下,因此须对OV7620进行初始化处理。 OV7620有两种初始化方式:上电模式和Om2niVisionSerialCamera ControlBus(SCCB)编程模式1。 这两种模式的选择是通过设置OV7620的IICB引脚实现的。 由于OV7620的默认状态不能满足系统的要求,因此需对图像传感器OV7620的寄存器进行初始化,以便按照系统的需要对其进行设置,所以系统采用的是SCCB编程模式。 因此SCCB功能引脚SIO20(SCCB总线协议中表示为SIO2C)、SIO21(SCCB总线协议中表示为SIO2D)分别连接到DSP的HPI口HDI 5、HDI6,通过用HPI口HDI 5、HDI66模拟SCCB总线协议来完成在系统上电后进行的初始化工作。 具体介绍如下。 两线SCCB功能框图如图3所示3。 图3两线SCCB功能框图主机(本系统中为DSP)通过SIO2向图像传感器发送的是时钟信号,通过SIO-1发送的是数据信号。 主机每向图像传感器发送一个数据都需要通过传输起始、传输数据、传输终止三个过程,而且每个过程都有其特定的时序规则,具体介绍如下。 数据开始传输时首先必须经历数据传输的起始过程,即在时钟信号SIO20高电平时SCCB2E(两线时为SIO-1)由高电平变为低电平,此时图像传感器自动准备接收紧接着传输的数据。 如图4所示。 图4SCCB总线数据传输的起始条件主机向图像传感器传输的有效数据分为三个部分,称为三相数据方式,即在写寄存器过程中先发送OV7620的ID地址,然后发送写数据的目地寄存器地址,接着是要写的数据。 如图5所示。 如果连续给寄存器写数据,那么,写完一个寄存器后,OV7620会自动把寄存器地址加1,然后在程序控制下继续向下写,而不需要再次输入地址,这样,三相写数据就变成了两相写数据。 而对于设置不连续的寄存器,则都采用三相写数据的方法。 图5三相传输方式数据传输结束时要注意要发出终止信号,即在SIO-0高电平时SCCB-E(两线时为SIO-1)由低电平变为高电平,此时图像传感器认为数据传输结束。 如图6所示。 图6SCCB总线数据传输的终止条件2.2数字图像数据输出模式的选择系统存储空间有限,且要求运行速度高、识别精度高,只需要保存识别结果而不考虑所采集图像的视觉效果,因此必须选择合适的数字图像类型。 OV7620有RGB4:2:2,YcrCb4:2:2,RGBRaw Data等多种数据输出格式,以及YUV模式、原始数据模式(raw datamode)等可选。 本系统采用针对灰度图像数据进行处理,因此OV7620选择YUV模式输出,并只采集其中的Y(亮度)分量1。 另外,图像传感器OV7620的数字信号输出有8bit模式和16bit模式两种。 8bit模式输出时象素数据YUV各分量分时从OV7620的8bit Y总线上输出,而UV总线闲置。 16bit模式输出时每个象素数据的Y分量逐个从8bit Y总线上输出,UV分量分时从8bit UV总线输出。 由于本系统只用到象素数据的Y分量,因此采用了16bit数据输出模式,将OV7620的Y总线连接到DSP的低八位数据线,在图像数据采集的过程中可方便的逐个保存Y总线的图像数据。 由于系统不使用UV分量,而且UV总线信号在输出图像数据时为输出信号,因此不必考虑。 2.3OV7620与DSP的同步为了保证DSP能够准确的读取到OV7620输出的数字图像数据,使读取的各象素数据的空间位置保持不变,因此必须保证OV7620与DSP在时序方面的同步。 8131电子器件第29卷通过DSP的通用I/O口分别检测图像传感器OV7620提供的同步信号VSYNC、CHSYNC等以及象素时钟PCL K8,在同步信号和象素时钟的干预下对采集的数字图像数据进行保存,可以保证所传输的数字图像数据的完整性,为后续数据正确处理提供了保障。 2.4OV7620与点钞机系统的同步图像传感器OV7620对人民币号码的采集和转换速度必须与点钞机的运行速度相匹配。 本系统通过在点钞机的适当位置加了一个光电门,在点钞机运行的过程中利用连续两张纸币中间的间隙来为本人民币号码识别记录系统提供一个系统同步信号,然后通过DSP对OV7620的控制来间接实现OV7620与点钞机系统的同步。 由于目前点钞机的运行速度一般在600page/min到900page/s之间,即10page/s到15page/s,因此为了与点钞机合理匹配,将图像传感器OV7620的运行速度设置为15frame/s。 基于此种目标,设置时钟速度控制寄存器(Clock ratecon2trol)低六位CL K设置为0x01。 2.5OV7620与DSP接口电平的兼容性由于DSP的I/O口工作电压为3.3V,因此通过将OV7620的数字I/O电源引脚接3.3V,可以使OV7620的I/O口电平与DSP兼容。 2.6OV7620输出图像尺寸的设定由于系统存储空间非常有限,且所采集的图像过大将大大增加数据量,延长识别速度,降低系统性能;所采集的图像过小又影响识别的准确度,因此所采集的图像尺寸必须适当;为此必须对图像进行开窗处理。 目前系统所采用的识别算法对xx40大小的图像识别准确度较好,而且速度能够满足15frame/s的要求,因此水平窗口起止寄存器(Hori2zontal Windowstart&Horizontal Windowend)和竖直窗口起止寄存器(Vertical Windowstart&Vertical Windowend)分别设置为:0x67,0x99,0x6C,0x93,可以控制所采集的数字图像范围控制在摄像头所采集整幅图像从左上角220row420row,220line到260line的xx40的图像数据。 3系统补充措施为了保证识别的精度,必须首先保证所采集图像的质量。 除了对图像传感器OV7620进行适当的软件设置外还需采取补光、调焦等措施。 若补光不当和焦距调节不当都将严重影响所采集的数字图像的质量,进而影响整个系统功能的完成。 如图 9、 10、 11、12所示。 补光措施目前采用的是在图像传感器的上方放置一排发光二极管,通过电位器调节发光的亮度,以适应系统的要求。 调焦必须手动完成,根据镜头与目标号码图像的距离进行调节,使图像达到比较清晰的程度。 一旦距离确定,则焦距调节一次之后便可固定。 图9补光过足图10补光不足图11焦距调节不当图12补光、焦距适当4结论通过DSP的HPI口编程实现SCCB总线协议,成功完成了对图像传感器OV7620的初始化;通过设置图像传感器OV7620的开窗寄存器使系统采集到了清晰的xx40大小的数字图像;通过设置图像传感器OV7620的时钟速度控制寄存器为0x81和优化号码识别算法使系统对纸币号码的采集和识别速度达到15帧/秒。 参考文献:1OV