摄像头组件二值化讲解 改.docx

CCD图像检测二 2014/8/4 Kshine二、黑白图像检测的硬件设计?2.1?电源提供。??图6：?CC的D12V电源电压源??? 因为小车的电池电压为7.2V，而CCD摄像头的工作电压为12V，故需要利用芯片搭建升压电路，如图6所示。2.2?视频信号行场同步信号分离。??图7：视频信号行场同步信号分离电路???? 视频信号每场是是不同的行组成，如图5所示，场与场之间，行与行之间都存在同步信号，单片机通过对这些同步信号的捕捉，来控制图像采集的时序，保证图像采集的正确性。视频信号分离芯片LM1881能将视频信号中的行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲提取出来，并将它们转换成数字信号交给单片机的I/O 口。视频信号分离电路如图7所示。2.3?行视频信号数字化。???? 由于模拟摄像头采集的图像信号为模拟信号，而计算机系统为离散的数字系统，故需要转换为数字信号才能交付MCU处理。大赛组委会所推荐的芯片XS系列片内集成了8路AD口，同时还具有丰富的IO接口资源，而且大赛中小车赛道色彩构成的简单性，使得视频信号数字化方案变得多样化。小车以模拟CCD摄像头为传感器，模拟式的采集先将一路视频信号引用图2电路，通过其可以将摄像头输出的复合视频信号进行分离，得到独立的同步信号和视频模拟量信号，然后通过逐行采样来完成整幅图像的采集。下面主要介绍三种对行信号的数字化的方法。2.3.1片内AD模块。???? 由于XS128本身就含有8路AD，故只需引入一路视频信号至任意一个AD口，然后软件上，先对AD口进行相应的初始化，再在行同步中断函数中执行以下代码即可完成数字化：for(i=0;icolumn;i++){while(ATD0STAT0_SCF!=1);//AD转换等待*g_video--=ATD0DR0L;//寄存器读取}??? 此方法的优点在于，不需要进行额外的外围电路设计，直接引入视频信号，利用XS128的片内资源进行AD转换即可得到图片灰度数据。XS128在超频到64M的情况下，能每行采集96个点，如果对图片横向精度要求不高，选择此方法最为简单。但如果CCD看得比较远，由于图像的几何畸变，会造成远方的黑线最后AD结果只有一个黑点，这样在黑线提取时造成了较高的误判率，此时此方法就不再适用。2.3.2基于TLC5510的8位并行AD。???? 为了每行信号得到更高的采样精度，在XS128还有多余的IO口前提下，我们可以考虑用片外A/D法。TCL5510为一款8位并行高速AD转换芯片，如果采用独立时钟其AD速度能达到20MSPS，然后将数字信号通过8位数据总线并行输出，直接引入到XS128的一组IO口上，在软件设计上只需对此IO口进行读取即可获得数字信号。相应AD转换电路如图8。图8：片外AD转换电路???? 芯片对端口进行读取时，为了防止读取到AD转换的跳变沿，故需要进行时钟同步，XS128含有8路PWM输出，通过对一路PWM进行翻转输出一定频率的脉冲，即可模拟一个同步时钟信号至片外AD模块，较方便地解决了时钟同步问题。在实际情况下，XS128超频到80M时每行能采集240个点，从而远方黑线消失的现象能得到很好的解决。??? 除了采样精度高，更重要的是此方法保存的是灰度信息，能极大程度上防止了图像信息丢失，但是外围电路比较复杂，而且占用了较多的IO口资源（需要XS128额外提供一组8位的IO口进行数字信号读取）。??? 如果采集的点比较多，对RAM资源不丰富的XS128来说是个灾难。2.3.3基于电压比较器的硬件二值。???? 以上两种方法最后得到的都是图像的灰度数据，能够比较逼真地反应CCD所见情景。但是由于大赛中，赛道仅由黑白两色组成（如图9），所以即使是灰度数据，我们最后处理时也一般要在软件上进行二值化将图像分割成黑白二色图片。所以，我们可以考虑直接用硬件进行图像二值化，将视频信号转换为一组方波信号，然后直接输入到一位I/O口中，对这一位的端口进行读取，高电平表示1，低电平表示0。硬件二值电路???? 在软件上对灰度图片进行黑白分割时，有两种方法：??? 固定阈值法，即高于此阈值电压，即认为是1，否则是0，然后再通过软件进行黑线边缘检测。?? 直接通过边沿跳变法来检测黑线边缘，即两个相邻点之间灰度值相差一定时，表示到了黑线边缘。?? 以上两种方法都能通过电压比较器电路实现。分别如图10和图11。图9：智能车赛道色彩构成?图10：固定参考电压二值电路?图11：边沿检测的二值电路?采用固定参考电压的二值电路设计起来比较简单，对参考阈值电压调结也比较方便－只需调结一个电位器阻值即可（为系统增加一个LCD，可直接在调结电位器后采集到的图像），故具有一定的场地适应性。但在实际使用过程中