智能车模拟摄像头图像采集方法详解

智能车模拟摄像头 图像采集方法详解 --By LastRitter superyongzhe@163.com www.znczz.com 2009 年 11 月 16 日 目录 目录..................................................................................2 一、 智能车程序的组成部分...................................... 3 二、 采集方案选择...................................................... 4 三、 PAL 信号 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 ...................................................... 5 四、 采集流程详解...................................................... 7 五、 部分源代码讲解................................................ 11 一、 智能车程序的组成部分 基于CCD或者CMOS模拟摄像头的智能车程 序主要包含以下部分： --图像，速度，加速度等数据采集； --数字图象处理，从图像中获取赛道信息； --以赛道信息，速度，加速度等传感器数据为 输入参数进行自动控制，有 PID，棒棒，模糊控制等 算法。 --调试模块，要能将车的行驶状态等数据显示 出来，主要有串口，液晶。最好还要有设置参数的按 键，设计良好的调试模块能大大的加速我们的调试过 程，不要觉得是浪费时间。 二、 采集方案选择 对于摄像头图像采集，也可以用OV6620 数 字摄像头模块，或者使用高速外部AD 进行采集。而 在这篇文章中我主要要讲的是使用PAL制式黑白摄像 头和单片机片内部AD 来进行图像采集。另外根据摄 像头的安装方式不同，也有旋转 90 度进行采集的。 对于整个程序的流程也有很多不同，有采完一幅图像 后进行处理的，也有采集一行就进行处理的。 这都是大同小异的地方，我在这里只讲旋转了 90度，同时是采集完整一副图像后再处理的方案。之 所以旋转 90 度是因为单片机速度的限制，纵向采集 的点数比较多，横向的点数少的原因。旋转后可以解 决这个问题，但是付出的代价是只能一整幅图像采集 完后才能进行图像处理，增加了时间延迟。这是我当 初选用的方案，但我现在并不建议使用这种方案，当 车的速度很快时，这个时间延迟会很难以忍受的。 三、 PAL 信号格式 在采集图像之前，我们首先要知道摄像头输出 信号的特性。目前的模拟摄像头一般都是PAL制式的 ， 输出的信号由复 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 步信号，复合消隐信号和视频信 号组成。 视频信号：真正的图像信号，对于黑白摄像头 ， 图像越黑，电压越低，图像越白，电压越高。在这里 我们通过AD 采集来得到亮度信号。 复合同步信号：用于控制电视机的电子枪对电 子的偏转。当电子枪收到行同步信号时，电子束就从 上一行的最右端移动到下一行的最左端。当电子枪收 到场同步信号时就从屏幕的最右下角移到最左上角。 在这里我们需要用这个信号来控制采集像素的时序。 复合消隐信号：在图像换行和换场时电子枪回 扫时不发射电子。即收到复合同步信号后，电子枪要 换位置时是不能发射电子束的，这时候就由这个信号 来消隐。在这里我们完全不用理会这个信号。 由于人眼看到的图像大于等于 24Hz 时人才 不会觉得图像闪烁，所以 PAL 制式输出的图像是 25Hz，即每秒钟有 25幅画面，说的专业点就是每秒 25帧，其中每一帧有 625 行。但由于在早期电子技 术还不发达时，电源不稳定，容易对电视信号进行干 扰，而交流电源是 50Hz 所以，为了和电网兼容，同 时由于 25Hz 时图像不稳定，所以后来工程师们把一 副图像分成两场显示，对于一幅画面，一共有 625 行 ， 但是电子枪先扫描奇数场 1，3，5.....，然后再扫描 2,4,6.....，所以这样的话，一副图像就变成了隔行扫 描，每秒钟就有 50 场了。其中具体的细节请参考这 个网站：电视原理与系统 http://courseware.ecnudec.com/zsb/zjx/zjx09/zjx09 0000.htm 只用看前面的黑白全电视信号和 PAL 制式就可以了 （当然如果感兴趣可以全部看完）。 四、 采集流程详解 通过上面的内容如果你对PAL制式信号了然 于心，那么就可以开始图像的采集了，PAL 输出的信 号有复合同步信号，复合消隐信号和视频信号。那么 我们首先就是要从这三种信号中分理出复合同步信 号，复合消隐信号和视频信号，以便我们对AD 采样 到的值进行存储，从而形成一幅画面。具体如何分离， 我们使用的是 LM1881 视频同步分离器件，具体的硬 件连接请参看论坛内相关文章（www.znczz.com 论坛 里有介绍 LM1881 的文章，自己搜吧，我不重复了）， 这里只给一个原理图。 分离出行场同步，奇偶场信号后，就把他们接 到单片机的外部中断口，产生中断，在中断服务程序 中对AD 采集到的数据进行图像存储，从而形成一个 二维数组的数字图像。行场信号用来改变存储图像的 二维数组的下标，当场信号到来时，就表明一幅图像 存储完毕，要开始新一副图像了。 下面就说说图像采集编程方案，我使用的方案 是在行中断中读取AD 采样的灰度值，在场同步中交 换图像采集和处理缓存指针，并对图像进行处理，然 后控制小车，在主函数中只有初始化和键盘扫描和串 口输出函数。这样做效率比较高，而且可以把调试和 图像采集处理分开，编程起来比较方便。 假设存储图想的数组是 image[x][y]，采集处 理流程如下： 在行中断中的示意代码如下（当然可以使用定 时器定时AD 采集）： wait(); //等待消隐信号结束。 y=0; for(i=0;i<一行采样点数：i++) { wait();//这个时间根据一行中要采样的点数确定。 image[x][y++]=ADResult; } x++; 在场中断中的示意代码如下： ImageProcess(); //图像处理 AutoCntrol(); //控制算法及电机控制。 x=0; y=0; 以上代码并不代表是最优的写法，仅供参考。 大家遇到的还有一个很棘手的问题可能是AD 采样频率该设置多大呢？建议大家先通过 PLL 超频，然后 把AD 时钟频率设置的高点才行，板子做得好的话可 以超到 48M。 五、 部分源代码讲解 void vPLLInit(void)//锁相环初始化 { //BUS-CLOCK=PLL-CLOCK/2=32M REFDV = 1; // set the REFDV register 16M*2*(3+1)/(1+1)=64M SYNR =3; // set the SYNR register to give us a 64 MHz PLL-clock. asm nop // nops required for PLL stability. asm nop asm nop asm nop while ((CRGFLG&0x08)==0); // wait here till the PLL is locked. CLKSEL|=0x80; // switch the bus clock to the PLL. } 设置总线时钟为 32M void vECTInit(void)//定时器初始化 { TIOS =0x00; //设为输入捕捉 TSCR1=0x80; //定时器使能 TSCR2=0x83; //允许定时器溢出中断，定时器时钟 32M/(2^3)=4M TCTL4=0xAA; //触发电平:下降沿 TIE =0x07; //开中断 TFLG1=0xFF; //清除中断标志 } 输入捕捉的 1，2通道接行场中断。 void vADInit(void)//AD转换初始化程序 { //ATD1设置 //上电，标志位快速清零，忽略外部触发，执行一次停止，中断禁止。 ATD1CTL2 = (ATD1CTL2_AFFC_MASK | ATD1CTL2_ADPU_MASK); //转换序列长度为 1，FIFO模式，Freeze 模式下继续转换。 |ATD0CTL3_FIFO_MASK ATD1CTL3 = (ATD1CTL3_S1C_MASK); //8位精度，2AD采样周期，采样长度 8。 //ATDClock=[BusClock*0.5]/[PRS+1] ; PRS=15, divider=32 ATD1CTL4 =(ATD1CTL4_SRES8_MASK|ATD1CTL4_PRS0_MASK); // 右 对 齐 无 符 号 ， 扫 描 模 式 连 续 采 样 ， 单 通 道 采 样 // 多 通 道 采 样 |ATD0CTL5_MULT_MASK。 ATD1CTL5 = (ATD1CTL5_DJM_MASK|ATD1CTL5_SCAN_MASK); //禁止数字输入缓冲 ATD1DIEN=0x00; } ATD1的 0通道用于 AD转换 //当前采样图像的行和列。 unsigned int ui_SampleRow=0,ui_SampleColumn=0; //图像数据缓存 unsigned char uca_Buffer1[IMAGE_ROW][IMAGE_COLUMN]; unsigned char uca_Buffer2[IMAGE_ROW][IMAGE_COLUMN]; //指向当前采集数据采样缓存首地址的指针 unsigned char *puca_BufferSample=&uca_Buffer1[0][0]; //指向当前处理数据采样缓存首地址的指针 unsigned char *puca_BufferProcess=&uca_Buffer2[0][0]; //用于图像采集和处理交换缓存。（注意：在每次交换指针后保证 puca_BufferTemp与 puca_BufferSample 相同） unsigned char *puca_BufferTemp=&uca_Buffer1[0][0]; #pragma CODE_SEG NON_BANKED //输入捕捉 2通道中断函数，行同步 ,用于数据采集。 void interrupt 10 vIC2ISR(void) { unsigned char ucTemp; unsigned char *pucTemp; TFLG1_C2F=1; if(ui_SampleRow>=SAMP_ROW_START&&ui_SampleRow=SAMP_COL_START) { if(ui_SampleColumn%SAMP_COL_SEP==0) { pucTemp=puca_BufferSample +((ui_SampleRow- SAMP_ROW_START)/SAMP_ROW_SEP)*IMAGE_COLUMN +(ui_SampleColumn-SAMP_COL_START)/SAMP_COL_SEP; *pucTemp=ATD1DR0L; } } } } } ucTemp=ATD1DR0L; ui_SampleRow++; //采样行坐标加一。 } //输入捕捉 1通道中断函数，场同步，交换缓存以及图像处理和模型车控制。 void interrupt 9 vIC1ISR(void) { TFLG1_C1F=1; ui_SampleRow=0; //把采样行坐标清零。 ui_SampleColumn=0; //交换图像采集和处理缓存 puca_BufferSample=puca_BufferProcess; puca_BufferProcess=puca_BufferTemp; puca_BufferTemp=puca_BufferSample; //系统时间加一。 ul_SystemTime+=1; //开中断，允许行信号中断进行采样。 EnableInterrupts; if(uc_CarState==STATE_START) { // PORTB_BIT1=1; //分析图像，获取路径参数，根据路径参数控制模型车。。 vImageProcess(); //根据路径参数控制模型车。 vAutoControl(); // PORTB_BIT1=0; } } 封面 目录 一 智能车程序的组成部分 二 采集方案选择 三 PAL信号格式 四 采集流程详解 五 部分源代码讲解