摘要：基于FIFO芯片AL422B，以飛思卡爾16位單片機(jī)MC9S12DG128為核心，采集攝像頭芯片OV7670的圖像信息，設(shè)計(jì)出以低速率的單片機(jī)采集高速率圖像的圖像采集系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單片機(jī)控制FIFO芯片，先由FIFO實(shí)時(shí)讀取攝像頭芯片的一幅完整圖像信息，再由單片機(jī)以低速率從FIFO的相應(yīng)寄存器讀取該幅圖像，讀取的同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理，得出所需圖像中點(diǎn)光源的像素距離后通過(guò)FIFO進(jìn)行下一幅圖像的采集。本方案通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，完全能滿足要求，確保了一副圖像的完整性。
關(guān)鍵詞：點(diǎn)光源標(biāo)桿；圖像；FIFO；單片機(jī)
引言
在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于圖像采一體電感集速度、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間的限制，要完整存儲(chǔ)30 fps、640×480像素大小的一幅圖像是相當(dāng)困難的。本文運(yùn)用較高性能的16位飛思卡爾單片機(jī)在超高頻的情況下直接采集圖像，也只能采集到每行320個(gè)像素，丟失圖像，無(wú)法獲得一幅完整的圖像。大電流電感本文通過(guò)在圖像采集過(guò)程中增加FIFO芯片AL422B較好地解決了這一問(wèn)題，相對(duì)于采用昂貴的DSP而言，降低了圖像采集系統(tǒng)的成本。
1 單目點(diǎn)光源測(cè)距原理
野外作業(yè)時(shí)，需要在運(yùn)動(dòng)中知道前方標(biāo)桿和觀察點(diǎn)之間的距離。本文將標(biāo)桿制成等間距紅外點(diǎn)光源標(biāo)桿，滿足了基于單幀靜態(tài)圖像的小孔成像原理測(cè)距模型要求，減少了圖像處理量，提高了測(cè)量的實(shí)時(shí)性、全天候性。H為各點(diǎn)光源標(biāo)桿的實(shí)際距離；n為點(diǎn)光源個(gè)數(shù)，它可以通過(guò)圖像處理獲得；f為攝像頭焦距；標(biāo)尺實(shí)際像素物理距離h由攝像頭標(biāo)定取得。遠(yuǎn)距離測(cè)距原理示意圖如圖1所示，整條點(diǎn)光源標(biāo)桿都在攝像頭視野范圍內(nèi)。近距離測(cè)距原理示意圖如圖2所示，點(diǎn)光源標(biāo)桿只有部分在攝像頭范圍內(nèi)。通過(guò)圖1，可求出前方標(biāo)桿與觀察點(diǎn)的距離D。攝像機(jī)的成像幾何關(guān)系也可用小孔成像原理來(lái)近似表示：
2 圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)單目視覺(jué)測(cè)距的要求，需要通過(guò)一黑白攝像頭實(shí)時(shí)采集前車的點(diǎn)光源標(biāo)桿，通過(guò)標(biāo)尺上點(diǎn)光源所在的像素距離推算出前車距離。為了能完整地讀取圖像，本文增加了FIFO芯片，圖像采集原理示意圖如圖3所示。由單片機(jī)監(jiān)測(cè)攝像頭的行／場(chǎng)信號(hào)，控制FIFO讀取相應(yīng)的圖像；讀完所有行后，關(guān)閉FIFO讀取圖像功能，開(kāi)始由單片機(jī)從FIFO中讀取圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理，根據(jù)圖像處理的復(fù)雜程度，決繞行電感器定圖像處理和圖像采集的時(shí)間比。由于FIFO是先入先出，其讀取數(shù)據(jù)時(shí)單片機(jī)只需通過(guò)中斷使能行／場(chǎng)信號(hào)，絕大部分時(shí)間單片機(jī)可以用來(lái)進(jìn)行圖像處理。本文采取的是采集一幀圖像后，單片機(jī)利用兩幀圖像的空閑時(shí)間和下一幀F(xiàn)IFO采集時(shí)間，共約3幀時(shí)間進(jìn)行圖像處理和控制，其結(jié)果是圖像由原來(lái)的30 fps，變成10fps。盡管幀率慢了，但經(jīng)過(guò)分析得知，在100 km／h情況下，滯后距離2．8 m，可以滿足要求。
2．1 飛思卡爾16位單片機(jī)MC9S12DG128
本文采用飛思卡爾1 6位單片機(jī)MC9S12DG128作為主控芯片，該芯片是Freescale公司推出的S12系列微控制器中的一款增強(qiáng)型、汽車級(jí)的16位微控制器，片內(nèi)總線時(shí)鐘頻率最高可達(dá)25 MHz，集成了8 KB的RAM、128KB的Flash、2 KB的EEPROM，集成度高，資源也相當(dāng)豐富。
2．2 攝像頭芯片OV7670
OV7670是OmniVision公司推出的Camerachiptm圖像傳感器，體積小，工作電壓低。VGA圖像最高達(dá)到30fps。其主要特性為：
◆感光陣列(大電流電感共有656×488個(gè)像素，在YUV的模式中有效像素環(huán)形電感為640×480個(gè))；
◆高靈敏度適合低照度應(yīng)用，對(duì)紅外光線敏感；
◆標(biāo)準(zhǔn)的SCCB接口，兼容I2C總線接口；
◆RawRGB、RGB(GRB4：2：2，RGB565／555／444)、YUV(4：2：2)和YCbCr(4：2：2)輸出格式；
◆支持VGA、CIF和從CIF到40×30的各種尺寸。
2．3 FIFO芯片AL422B
AL422B是AverLogic公司推出的一個(gè)存儲(chǔ)容量為393 216字節(jié)×8位的FIFO存儲(chǔ)芯片。其所有的尋址、刷新等操作都由集成在芯片內(nèi)部的控制系統(tǒng)完成，AL422B內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
