整理摄像头图像采集模块讲解

1、精品文档智能车制作路线图官网查询了解往届比赛规则1软件设计与调试16位xs12832位冷火32位k6015%壮烈牺牲50%下落不明25%半路跳槽校内赛、区赛、国赛精品文档选择比赛组别选择主控单片机购买相应配件同一学校同一组别单片机型号不同精品文档摄像头组小车构成框图ECT电源：DC3.3VDC5V舵机测速模块摄像头精品文档精品文档三、智能车摄像头类型图像传感器根据感光原理可以分为CCIW像传感器和CMOS像传感器。根据信号输出形式又可以分为模拟信号输出与数字信号输出。下面分别就图像传感器的这几种类型进行简单的讨论。摄像头,CCD摄像头COMS摄像头功耗大，发热比/藐大，造皿I信号不够磕定功耗小

2、，发图像动国、名不上CCD;功耗小，发热小图像动态性能、tt不上CUJ其摄像头的分类和大概的优缺点如上图所示，CC映像头的优点是图像质量高，动态性能好。缺点是素元颗粒大，体积大，能耗高（往往需要12VDCf压电路），需要外围电路控制，且无法和外围信号处理电路集成。但是因其成像质量较CMOS的原因，高端照相机，摄像机等对图像质量要求较高的设备往往使用CCD图像传感器。CMOS缺点是图像质量较CCD1,动态卜t能不如CCD但CMOS优点是像素元颗粒小，体积也小，像素阵列可以和信号处理器集成在一起，由于集成了内部信号处理器，所以可以设置参数，故CMOS片一般可以直接同步输出数字信号和时序信号。CMO

3、S像传感器的图像质量虽然较CCDJ差，但是并没有影响到智能车的控制或者说没有严重到不可克服的程度。而通过上文介绍，我们知道CMOS感器相较于CCDC着以下的优点：CMO幽像传感器功耗小，一般只需5V电压即可工作，甚至有3.3V型号，相较与CCD的12V电压需求相比，CMOS专感器的电源与系统大多数芯片和控制电路相兼容，无需额外升压电路，采用CMO前化了电路，提高了可靠性。精品文档精品文档四、摄像头信号转化有很多种方案方案一：采用单片机的ADD,读取图像数据。这个方案的优点是外接电路简单。缺点是受到单片机AD转换速率的影响，读取的数据慢，而且数据错误率较高，同时严重的占用单片机的资源，导致程序运

4、行慢等的缺点。一般单片机超频到64M下，一行采集大概是80个点。其精度对于图像的分析是不够的，特别是前瞻50cm以后的信号。所以一般刚刚接触摄像头的选手会选择此方案。但是稍微要提高车子的速度，该方案有很大的局限。所以我们手创科技不推荐选手选择此方案。方案二：采用片外AD芯片，例如是高速AD转换芯片：TLC5511。具优点是转化速率快，能够实现比较准确的数据转换。但其缺点是外围电路比较复杂，同时占用8个单片机IO口，成本比较高等。从对图像的黑线提取的角度考虑，比较难实现动态阀值（动态阀值提取黑线的具体原理，下面会介绍）。TLC5511电路图如下图说明：BOND3DGXD,卜lVg-TW的M2JU

5、方案三：采用高速比较器，例如是高速比较器AD8032,（我们试验LM393也可以达到此效果）。通过选择合适的电压作为比较器的参考电压，把图像信号转化为高低电平信号，其输出信号直接接到单片机的IO口，可以读取到图像信号，一般可得到黑线为1,白板为0的图像信号，（或者是黑线为0,白板为1的图像信息）。此方案优点是数据转化速率快，若输出信号接单片机低位的IO口，同时单片机超频到64M和使用指针程序，一行可以采集到250个点。同时能够实现准确的数据转换（几乎不会出错）。其精度对于图像的分析是够的，一般在光线均匀和精品文档精品文档参考电压合理的前提下，最远处的黑线信号可以采集到4-5个点。此方案缺点是参

6、考电压固定不变，若不经过其他电路或者软件处理，很难实现动态阀值，所以导致图像信号受环境光线强度的影响。造成车子的环境适应能力很差，特别是当车跑的快时，容易丢失信号，造成车子未能正确识别路径。所以此方案虽然有很大的优点，但也有其比较致命的缺点。手创科技团队根据以上三种方案的分析，决定充分利用方案三的优点，同时解决了方案三的缺点，提出了方案四，方案四是在方案三的基础上改进的，并且把方案四的技术集成到手创科技团队开发的摄像头，该摄像头输出行中断信号，场中断信号，图像黑线和白板的高低电平信号（这里是通过电路实现的，输出的电平信号可以直接接单片机任意的一个IO口，都可以读取图像信息）。方案四：？采用高速

7、比较器，例如是高速比较器AD8032,（我们试验LM393也可以达到此效果）。通过镜像电路，得出与原图像信号相反的电压信号作为比较器的参考电压，（也就是按照我们人的思维，当摄像头输出电压比较高的白板时，我们希望找到一个比这个白板的电压低很多的电压值作为比较器的参考电压，同时若摄像头输出电压比较低的黑线时，我们希望找到一个比这个黑线的电压高很多的电压值作为比较器的参考电压，这样的话，我们就能够确保比较器输出的信号是准确的。把原始的图像信号镜像后作为比较器的参考电压，刚刚好符合这个人的思维）把图像信号转化为高低电平信号，其输出信号直接接到单片机的IO口，就可以读取到图像信号，一般可得到黑线为1,白

8、板为0的图像信号，（或者是黑线为0,白板为1的图像信息）。此方案优点是数据转化速率快，若输出信号接单片机低位的IO口，同时单片机超频到64M和使用指针程序，一行可以采集到250左右个点。同时能够实现准确的数据转换（出错率小于0.1%）。同时当环境光线变化时，本摄像头因给比较器的参考电压相对空间比较大（也就是白板给的电压比较低，黑线给的电压比较高），所以环境变化造成的信号变化，对本摄像头的影响很小，单片机不用采用任何处理，一般光线在比较大的范围内变化，最远处的黑线信号都可以采集到4-5个点，其精度对于图像的分析是绝对够的，同时也能确保在不同光线的环境下，也能输出正确的黑线信号。所以采用此方案，在

9、调整好相对镜像电压后，选手不必担心光线不均匀对车子的影响，甚至不用但光线对车子的影响。（当然这里要说明的是，任何技术都是在一定范围内实现的，也就是说本摄像头虽然环境适应能力强，但是也不是万能的摄像头，选手不要误会我们的摄像头能够识别晚上黑暗和太阳光下的环境。明确的说明，我们的摄像头做不到这样。我们摄像头是在一定光线强度下，能够比较强的适应环境的变化。）此方案缺点：由于镜像电路需要响应时间（镜像电路的工作频率150MHZ）,精品文档精品文档故一行图像中黑线的起始点与没有采用镜像电路的方案三相比将往后推迟一个点左右，但几乎不影响黑线的提取，采用此方案，提取的点个数不变。所以此方案有很大的优点，缺点

10、相对对车子的影响可以忽略。（下面，我简单分析下目前各视频采集方案的优劣:1 .模拟摄像头（CCDffi模拟CMOS+LM1881=MCUA/D（我们采用的是硬件的二值化法）这个方案应该说是最经典的方案，优点：成本低（LM1881只要10元）；方案实现简单（只需根据几个同步信号，开启AD连续采集即可）；缺点：需要A/D速度支持，以获得高分辨率。A/D速度与MCU&线时钟有关，所以需要超频，但MCU急定性必须牺牲。改进：为提高图像采集的分辨率，有的队伍引入高速片外AD,效果也很不错，如上海大学白骑士，AD采用5510这类已足够，价格15元左右2 .模拟摄像头（CCDF模拟CMOS+SAA711剂频

11、解码+AL422B=MCUIO这个方案个人所知只有第二届华南理工用过优点：经典的图像采集方案，为各视频采集卡和其他产品所应用，能完整采集整幅图像。摄像头兼容性好，可以随时更换更好的摄像头，获得更清晰图像，而采集部分软硬件不需要做太大改变缺点：方案复杂，涉及大量逻辑操作，一般用CPLD|FPGA!己合。在智能车比赛中，规定不能使用可编程器件，使用74做逻辑功能，控制几个芯片较为复杂，体积、可靠性都很难保证，制作难度较大。涉及IIC操作，增加调试时间难度。3 .数字摄像头（CMO数字：OV762野）=MCUIO这个方案是网友们提出的，具监视数字摄像头的VSY洞HRE帝号，每行开始时，连续读取MCU

12、fCMOS!接的数据口Y口。优点：数字摄像头方案，采集简单，无需A/D缺点：与模拟摄像头+ADfe似，采集分辨率与MCUS率相关。数字摄像头信号输出频率可高达13.5MHz,没有DM勤能MClKIO读信号再写入内存，速度跟不上，同样需要牺牲稳定性进行超频使用。因为没有引入PCLKK频同步信号，直接采集CMO数据口，有可能会采集到不稳定的数据（即CMO颔据口状态正在改变时）这一点可能造成严重的干扰4 .数字摄像头（CMO数字：OV762野）+FIFO=MCUIO精品文档精品文档优点：这个方案克服了方案3中MCI度与CMO不匹配的问题，采用FIFO作为缓冲，可以采集完整图像。图像采集分辨率与FIF

13、O容量有关。缺点：FIFO价格较高，特别是大容量。若使用视频FIFO,性价比较高，!同样有方案2中大量逻辑器件的问题。CMOS模块性价比极低，CMO芯片只需20-30元，售价200元五、以ov5116摄像头为例的信号转化5.1 ov5116信号讲解本摄像头原始的视频信号如下图所示与理论的视频信号相吻合行洎隆区V行犯修内间HT复合清障味冲W问期M冲精品文档精品文档度嫡视频信相囱厨醪矗萼精品文档精品文档精品文档精品文档经过串口和调试程序得到的图像信息!la:!-HwwrFrFFF律prFrrFrrwFFPFtiFrrFrrlrEMFrrFrF-M昨FTU*炉即冲”巾用球时亦以册巾旧历年博年痔讪冲冲

14、吓冲小”而旭ggjsFFrFK林EKn,rlITFfFrrp-wnMITnrFn-IrfE:AFFnn-FFrTlfMBFFITnrFH1n,EBrf-nrFerrErlirfbrlBITrf富鲁备8书肾*品部霁修;需1:22晶而:17口胃霁口瞽;窃品晶普胃口力!:胃viJyMKIUil-*力祚甘州昨PF”“髭gac二图岫0cEMrTgrJ寻仃3僵升3品昌吕修8%鲁;“兽名笄8二00口心BBg9BnEXnrT”rFffnrpnn!rrfrfFrFrFFFnrTrlffrTlrl，rTr1!rr!,?r,FrFHiHnKnK|70股外|7|1:g匠帧ffiM旧旧附gglbOQgrEI忏BrFfF

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

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19、fFn,rlAVTrFLUmfflmnflWBLiJCKIrriMDnQUIJUulrflrllnmLalLUuuElllMlil口旧电FTlirnFrHWl-fnlrlHkn,MnnRIirrFrlifnRkFTilrEWwrlkgEMM口zwswMMAaD四面面MMBBnEll-MnTTw”UFI!FT仃rr四口再收“吓河”叫收打门印口TfTHu*An霜m零*第帕BE能rrl言凿制器器“彳普工门Ma二IIIiillrlmms-uuw间|!面加而|11|:而|加|1四於甘rFrrrfrTrrrrtfnriirfrl!rrrrRrn”rfrrlrFJrT”rjsrfrrrFrrrrrl.rFT

20、”rFrvrfLBBrtlH0M0B憧UMrlDMrTl7Hl7rtn,”MIT冲ftnrrEMHI打打”门EE!gwBHTEttliE，g*n”HHrFrrtlln”FFr1!lirn”RrTrF”JFnrprFrfnrr!,!nnfftfnrrFPnErrr/nrFnnE:黑濡gwB词第mwM#环需案”嚣嚣爵叫嚣MHAR嚣*，ruHrrxrMH行HHHFrlvMn1MnFFwnJrrTrpJ-rrFrTvHE|:仃不门门:打”门HgM0.0恸为8产mrrnrrrFrlITrF-rrErrifITrlHErffrsrrfeHrrIFrrrlrnnHHFrfITnnITHrfrTl-rnerr

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22、E.1FI,”Ex”rFrr”pii:”FFrFMFTMEFFFFEtFFMFFrFMEM；：fFFPrFJPE”Fr门rFHEp1rrrPFFT精品文档精品文档5.2 硬件电路讲解5.3 软件部分讲解#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,精品文档精品文档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+)/发送图像(for(i=0;i130;i+)(if(talie_1i),(SCI_Write(0x20);/出*)else(SCI_Write(0x2a);/出)SCI_Write(0x0d);/回车SCI_Write(0x0a);)*/myfun();)voidmyfun()(if(PTJ_PTJ7=0)/舵机

25、开关(start_flag=!start_flag;DDRE=DDRE;/指示灯PWME_PWME3=!PWME_PWME3WPWME_PWME1=!PWME_PWME顺delayms(100);精品文档精品文档while(PTJ_PTJ7=0);)if(PTJ_PTJ6=0)/电机开关(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精品文档精品文档(/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，无奇偶校验SCI0CR2=0X2C;/发送接受允许中断允许精品文档精品文档voidSCI_Write(unsignedcharSendChar)(.while(!(SCI0SR1&0x80);SCI0DRH=0x00;SCI0DRL=SendChar;voidTIM_Init(void)(.TIOS=0x00;/外部输入捕捉0,1通道场中断TCTL4=0x

28、09;通道0上升沿触发行中，通道1下降沿触发TSCR1=0x80;/使能TSCR2=0X00;TIE=0x03;/通道0,1中断使能TFLG1=0xFF;清中断标志位voidIO_Init(void)_DDRS_DDRS2=0;/行中断的采集口DDRJ_DDRJ7=0;DDRJ_DDRJ6=0;DDRB=0xff;PORTB=0x00;#pragmaCODE_SEG_NEAR_SEGNON_BANKEDvoidinterrupt8PT0_Interrupt(void)DisableInterrupts;TFLG1_C0F=1;delay(1);/确保不采到消隐信号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;精品文档精品文档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;精品文档tac_lie76=PTS_PTS2;tac_lie79=PTS_PTS2;tac_lie82=PTS_P

34、TS2;tac_lie85=PTS_PTS2;tac_lie88=PTS_PTS2;tac_lie91=PTS_PTS2;tac_lie94=PTS_PTS2;tac_lie97=PTS_PTS2;精品文档tac_lie75=PTS_PTS2;tac_lie77=PTS_PTS2;tac_lie78=PTS_PTS2;tac_lie80=PTS_PTS2;tac_lie81=PTS_PTS2;tac_lie83=PTS_PTS2;tac_lie84=PTS_PTS2;tac_lie86=PTS_PTS2;tac_lie87=PTS_PTS2;tac_lie89=PTS_PTS2;tac_lie

35、90=PTS_PTS2;tac_lie92=PTS_PTS2;tac_lie93=PTS_PTS2;tac_lie95=PTS_PTS2;tac_lie96=PTS_PTS2;tac_lie98=PTS_PTS2;tac_lie99=PTS_PTS2;tac_lie100=PTS_PTS2;tac_lie101=PTS_PTS2;tac_lie102=PTS_PTS2;tac_lie103=PTS_PTS2;tac_lie104=PTS_PTS2;tac_lie105=PTS_PTS2;tac_lie106=PTS_PTS2;tac_lie107=PTS_PTS2;tac_lie108=PTS

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38、六、赛道信息*062062062063062063063063063063063063063063063063063063064063064063063063063063063064064064063063063063063063063062062060062063063062120度弯道*080081055051049047047046045045045044044043043043042042042041040040039039039038037036036036036036037037037038038039039039精品文档精品文档037039044060*0950950770740

39、73073073074074075075076076077078078079079080080081082082083083083084085085077086087088088087087087086086085086081075081*124124070080090097103103103103102098095093089088080074071068066064063062061061061061060091060060060060060060060060060060060068098097精品文档精品文档*1151151150590690770860951021031031031031030960930910880850830810760690650610570540520501000480450420