文档介绍：第三届飞思卡尔智能汽车竞赛
摄像头信号处理电路技术报告
华中科技大学

目录
1 前言 4
选择摄像头方案的原因 4
选择数字式摄像头方案的原因 4
摄像头信号处理电路的目的 4
2 核心器件参数 5
S12单片机参数概况 5
OV5017数字式摄像头(dm4088模块)概况 6
3 摄像头信号处理电路设计思想与方案 7
设计思想 7
设计方案与元件选择 8
1) 像素、行、帧同步信号分频部分 8
2) 摄像头数据阈值比较部分 8
3) 摄像头信号坐标计算部分 8
4) 摄像头数据坐标存储部分 9
5) 与摄像头、单片机接口和人机交互部分 9
摄像头信号处理部分系统结构图 9
4 各部分电路原理图与功能详解 10
像素、行、帧同步信号分频电路 10
1) 像素同步信号—PCLK 10
2) 行同步信号—HREF 12
3) 帧同步信号—VSYNC 15
摄像头数据阈值比较部分 18
有效点存储写信号(FIFO的WRITE信号)获得部分 21
X和Y坐标计数与存储部分 23
1) X坐标计数部分 23
2) X坐标存储部分 24
3) Y坐标计数部分 25
4) Y坐标存储部分 26
与其他电路部分接口 27
1) 与摄像头模块d-m4088接口 27
2) 与MCU板接口 30
电源和指示部分 31
5 元件选型、电路绘制、焊接中需要注意的问题和一些容易忽视的细节 32
原件选型与购买 32
电路板绘制 32
电路板焊接 33
6 参考资料 34
前言
选择摄像头方案的原因
2007年的第二届freescale全国大学生智能汽车竞赛进入决赛的队伍使用的传感器基本上均为摄像头,且能够得一等奖的队伍平均速度在2m/s以上;
选择数字式摄像头方案的原因
优点:1)、数字信号输出,省去了A/D,数据采集看起来方便些;
2)、数字信号抗干扰能力强些;
缺点:1)、信号同步处理困难;
2)、数据线太多,增加车体重量;
3)、数字摄像头方案占用的I/O数量太多;
4)、摄像头的处理周期较长(40ms),系统控制的纯延时较大;
摄像头信号处理电路的目的
对摄像头输出的同步信号进行分频处理,在降低分辨率、减少数据量;
对摄像头数据进行硬件阈值分割,提取有效信息点;
对同步信号进行累加计算,将有效点的坐标存入存储器中;
提供给单片机一个方便的接口,用于控制摄像头及信号;
核心器件参数
S12单片机参数概况
freescale MC9S12DG128B 的16位单片机,
最高时钟频率:24MHz,可简单超频到40MHz;
最快I/O口频率:约500KHz;
I/O口:约64个;
PWM:8个,输出4路16位PWM;
定时器:8个;
ADC:16路10位模数转换(2个单独ADC);
OV5017数字式摄像头(dm4088模块)概况
图像速度:50帧/s---(即:20ms/帧----500ms/帧);
图像大小:(最大)384*288,可开窗调节大小;
感光能力:(光圈:,速度:50帧/s);
一般配置为: 50帧/s不开窗、自动光圈(存在不抗反光的严重BUG);
摄像头信号处理电路设计思想与方案
设计思想
由上面的两个主要元件的性能和比赛的实际要求可知:图像的分辨率越高、处理速度越快越有利于比赛。
摄像头最快速率为50帧/s,最大分辨率为384*288,为了方便单片机的处理使横纵坐标极值都在255以内(也就是8位以内,单片机I/O口在8位以内操作比较容易),故将分辨率压缩一半到192*144。
但是在50帧/s、192*144的情况下,摄像头每秒输出的信号量为50*192*144=1350 Kbyte,由单片机的测试结果表明,单片机I/O口的极速读速率仅有500 Kbyte/s(单片机时钟频率24MHz),即使单片机超频到40MHz使用,单片机I/O口的极速读速率也仅有833Kbyte/s,而且还不加上片内的坐标累计、阈值比较和图像分析,可见仅用单片机直接和摄像头相连然后直接处理图像是不能让人满意的。
但是根据比赛要求的特性我们知道,赛道及外围均为白色的底面,仅有中心引导线为黑色,也就是说摄像头的图像中只有黑色和白色,且白色底面宽度大于60cm,。不考虑图像的畸变,留一定余量,图像中的黑色部分不超过10%,如果我们能够将黑色部分交给单片机处理,则数据量会大幅减少到135 Kbyte/s以