鄭思敏

[摘要]在圖像處理的嵌入式系統(tǒng)中，由于涉及機(jī)器視覺的處理分析，而處于硬件層面的單片機(jī)對圖像的感知僅僅表現(xiàn)為一系列的數(shù)據(jù)，使得對圖像生成工具攝像頭的調(diào)試變得比較麻煩。以全國大學(xué)生智能汽車大賽攝像頭組小車調(diào)試為例，列出三種攝像頭調(diào)試方法并作相關(guān)介紹。

[關(guān)鍵詞]HCS12 攝像頭 CRT LCD 串口

中圖分類號：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310023－01

一、機(jī)器視覺簡介

機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來對外部環(huán)境進(jìn)行感知并做出測量和判斷。通過成像器件（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。在一些對系統(tǒng)實時動作要求比較高的系統(tǒng)中，人的反應(yīng)速度和信息處理能力是無法滿足要求的，而機(jī)器視覺易于實現(xiàn)信息集成，和計算機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合，可以提高系統(tǒng)的自動化程度。

二、攝像頭調(diào)試目的

在嵌入式系統(tǒng)中攝像頭調(diào)試的目的是使攝像頭的機(jī)械和電氣參數(shù)在滿足系統(tǒng)要求下能產(chǎn)生質(zhì)量最高的圖像數(shù)據(jù)。一個涉及硬件和軟件的成像系統(tǒng)，成像的質(zhì)量好壞往往受到來自外界干擾和自身限制的很多因素的影響，這些影響會產(chǎn)生噪聲和成像不均勻。來自軟件層面的因素往往是算法的問題，這個層面的問題可以通過理論分析的數(shù)學(xué)計算解決，來自硬件層面的因素則而要用儀器進(jìn)行調(diào)試，通過實驗測量分析才能解決，由于硬件處理系統(tǒng)底層，所以硬件的質(zhì)量會直接影響軟件的質(zhì)量，從而影響最終成像質(zhì)量。對攝像頭進(jìn)行調(diào)試就是要從硬件層面上盡量消除干擾。

三、攝像頭調(diào)試方法

由于嵌入式系統(tǒng)是一個比較廣的概念，所以本文以HCS12作為主控芯片的攝像頭組小車調(diào)試為例對調(diào)試方法進(jìn)行介紹。

（一）外部搭設(shè)電路連線CRT顯示器

從模擬攝像頭上引出電源、地、信號三根引線，對攝像頭供電，再將視頻信號線接到電視盒視頻輸入接口。電視盒的VGA-OUT接至CRT顯示器，從而實現(xiàn)CRT對經(jīng)數(shù)字化的攝像頭視覺進(jìn)行顯示。

此種方法為完全硬件層面顯示，提供和人眼視覺完全一樣的顯示效果，對攝像頭安裝和自身物理參數(shù)校正具有顯著幫助。

（二）片外擴(kuò)展LCD液晶

HCS12系列MCU中含有串行外設(shè)接口SPI（Serial Peripheral Interfa

ce），能實現(xiàn)MCU之間的數(shù)據(jù)傳輸，且其速度比通過串行異步通信(SCI)方式快。SPI模塊也支持MCU也外圍設(shè)備間的雙向、同步、串行通信，實現(xiàn)MCU的外設(shè)擴(kuò)展。

市場上諾基亞3310液晶價格低廉，成像基于二值點陣，顯示模塊為48*84個點列，對相關(guān)信息顯示表現(xiàn)為對相應(yīng)點寫入數(shù)據(jù)使其呈現(xiàn)不同顏色。

1．顯示字符在系統(tǒng)運行時以字符形式提示系統(tǒng)相關(guān)運行參數(shù)。每個字符占用點列8*6，需要6字節(jié)數(shù)據(jù)，完成字符顯示只需在編程對指定位寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)。由于該液晶模塊本身不帶有字庫，所以在程序開始時要先定義ASCⅡ表字符的液晶顯示點陣數(shù)據(jù)，即一個大小為N*6字節(jié)的二維數(shù)組。

2．顯示圖片模擬攝像頭采集的視頻信號經(jīng)過MCU的A/D數(shù)字化后，信息存儲在一個40*70的二維數(shù)組中，再將數(shù)組二值化，便能在48*84分辨率的液晶模塊中顯示，使開發(fā)者實時對攝像頭機(jī)器視覺進(jìn)行觀測。

此種方法為硬件和軟件相結(jié)合的顯示方法，能實時跟蹤顯示攝像頭相關(guān)信息，顯示時不會打斷系統(tǒng)運行流程。

（三）自寫串口通訊上位機(jī)軟件

利用MCU的SCI模塊發(fā)送圖片數(shù)據(jù)至PC機(jī)，上位機(jī)利用MSCOMM控件編程對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。讀取數(shù)據(jù)后，便能利用windows程序強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和圖片顯示能力對圖片數(shù)據(jù)處理，如：根據(jù)數(shù)據(jù)對圖片進(jìn)行重繪，對數(shù)組濾波分析并顯示濾波效果，將接收數(shù)組以文件形式導(dǎo)出為計算機(jī)仿真提供數(shù)據(jù)來源。

此種方法為完全軟件顯示法，只而要從MCU收到數(shù)據(jù)，便能在PC機(jī)上實現(xiàn)一系列處理，對檢驗圖形變換效果、濾波分析優(yōu)劣以及數(shù)據(jù)仿真思想都有著其它方法無法比擬的優(yōu)勢。

四、三種方法優(yōu)劣比較

1．CRT調(diào)視法。通過接入攝像頭視頻信號，CRT能高保真顯示機(jī)器視覺。但只能局限于對攝像頭參數(shù)測試和攝像頭機(jī)械位置調(diào)整，對高級點的數(shù)字信號就無能為力了。

2．LCD調(diào)試法。直接接在單片機(jī)SPI口上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能實時刷新顯示圖片，此模塊可以直接搭載在系統(tǒng)上，實時顯示系統(tǒng)相關(guān)信息。但由于模塊分辨率限制，只能顯示黑白二值，造成數(shù)字圖片失真。

3．串口調(diào)試法。能充分利用PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖片顯示功能，能實現(xiàn)數(shù)字圖片高精度像素點顯示，并導(dǎo)出灰度數(shù)值表，為VC，MATLAB仿真提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)。但PC和MCU間數(shù)據(jù)傳輸速度太慢，缺乏實時性，缺乏動態(tài)跟蹤的優(yōu)點。

五、結(jié)束語

三種攝像頭調(diào)試方法各有優(yōu)劣，但相互結(jié)合便能在系統(tǒng)設(shè)計的不同階段實現(xiàn)功能互補(bǔ)。機(jī)器視覺屬于當(dāng)今工業(yè)自動化領(lǐng)域一個比較新的領(lǐng)域，在開發(fā)的過程中必然會為斷涌現(xiàn)出各種優(yōu)秀的調(diào)試方法，本文僅結(jié)合作者經(jīng)歷提出三種成本低廉，可行性高的方法，希望對廣大嵌入式開發(fā)者會有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖南峰，智能機(jī)器人，華南理工大學(xué)出版社，2008.

[2]劉大川，智能小車攝像頭的安裝，武漢動力與機(jī)械學(xué)院，2007.

[3]王宜懷、劉曉升，嵌入式系統(tǒng)-使用HCS12微控制器的設(shè)計與應(yīng)用，2008.

[4]李現(xiàn)勇，Visual C++串口通信技術(shù)與工程實踐（第二版），人民郵電出版社，2004.

[5]王紅彪，淺談機(jī)器視覺，2008.