吳德君

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710300）

本設(shè)計(jì)采用線(xiàn)陣CCD傳感器采集圖像信息，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需要，以TI公司的TMS 320 F2812 DSP作為圖像處理器，控制視頻信息的讀入并對(duì)其進(jìn)行處理，將此系統(tǒng)可應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)對(duì)物體的采集與識(shí)別中。

1 圖像采集系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由線(xiàn)陣CCD、復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD及DSP等部分組成。CCD采用Toshiba的TCD1703C，CPLD采用Altera公司MAX7000系列EPM7064芯片。物體經(jīng)物鏡成像在線(xiàn)陣CCD光敏元件陣列上，基于CPLD的CCD驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出信號(hào)，CCD完成一次掃描。CCD輸出的電信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波再進(jìn)行放大，按照應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)圖像分辨率的要求由A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)字化處理后再傳入存儲(chǔ)器，經(jīng)TMS320F2812讀取存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)，將處理結(jié)果送入主控制器。系統(tǒng)構(gòu)成原理圖如圖1所示。

圖1 圖像采集系統(tǒng)構(gòu)成框圖

2 CCD傳感器外圍電路設(shè)計(jì)

2.1 線(xiàn)陣CCD傳感器選用

系統(tǒng)采用TCD1703C線(xiàn)陣CCD作為圖像傳感器。TCD1703C是日本TOSHIBA公司生產(chǎn)的線(xiàn)陣CCD圖像傳感器芯片，具有靈敏度高、暗電流低的特點(diǎn)。該芯片有7 500個(gè)像元，像元尺寸及間距為7 μm×7 μm；工作電壓為單一的5 V，為二相輸出的線(xiàn)陣CCD器件。TCD1703C輸出端OS輸出的視頻信號(hào)具有負(fù)極性、含周期性復(fù)位脈沖串?dāng)_以及有效信號(hào)幅值較小的特點(diǎn)。其特點(diǎn)決定了它不能夠直接送入機(jī)器人主控制器進(jìn)行軟件處理，必須先從硬件上對(duì)其進(jìn)行量化處理。

2.2 時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路

設(shè)計(jì)采用Altera公司MAX7000系列EPM7064芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)序發(fā)生器的功能。該系列芯片是ALTERA公司典型的可通過(guò)JTAG在線(xiàn)編程的CPLD器件。采用CPLD有利于減小系統(tǒng)電路板的面積，提高系統(tǒng)的安全保密性，降低系統(tǒng)功耗和保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

EPM7064芯片所實(shí)現(xiàn)功能分兩部分：一部分是視頻信號(hào)處理控制時(shí)序發(fā)生器，為CCD視頻信號(hào)處理（如A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)存取等）提供各種同步控制時(shí)序；另一部分是CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序發(fā)生器，它根據(jù)TCD1703C的具體驅(qū)動(dòng)時(shí)序邏輯的要求，產(chǎn)生CCD工作所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

根據(jù)脈沖時(shí)序圖，可確定時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)信號(hào)SH、Φ1E、Φ2E、CP和RS的參數(shù)。各路脈沖的技術(shù)指標(biāo)如下：RS＝1 MHz占空比為1∶3方波；Φ1 E＝Φ2 E＝0.5 MHz，占空比為1∶2方波；Φ1E、Φ2E在并行轉(zhuǎn)移時(shí)是一個(gè)大于SH＝1持續(xù)時(shí)間的寬脈沖。設(shè)計(jì)中SH波形采用計(jì)數(shù)器的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)；Φ1E、Φ2E、RS、CP的波形由分頻產(chǎn)生。從EPM7064輸出的Φ1E、Φ2E、RS、CP脈沖波形由基本TTL電路產(chǎn)生，正邏輯為5 V，負(fù)邏輯為0 V，需要經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大，才能滿(mǎn)足TCD1703C要求。放大后再送入CCD相應(yīng)輸入端以驅(qū)動(dòng)CCD工作。這樣，在CCD的輸出端，將得到與入射光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的模擬視頻信號(hào)，并且視頻信號(hào)的輸出得到了相應(yīng)的補(bǔ)償。具體連接見(jiàn)圖2。

圖2 CPLD與TCD1703C間連接示意圖

設(shè)計(jì)中選用一片AD8031運(yùn)算放大器，將視頻信號(hào)及其補(bǔ)償輸出分別送至差動(dòng)放大器的反相和同相輸出端，進(jìn)行視頻信號(hào)放大的同時(shí)，消除復(fù)位脈沖所造成的干擾，并將負(fù)極性視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成正極性。在AD8031的輸出端接一級(jí)RC濾波器，進(jìn)一步濾除噪聲。經(jīng)過(guò)上述處理后的視頻信號(hào)，被送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化。

3 圖像處理電路

圖像處理硬件用來(lái)完成圖像的采集、圖像的分割、目標(biāo)物體的特征提取、目標(biāo)物體的方位提取及發(fā)送追蹤指令；由驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)響應(yīng)圖像采集、圖像處理硬件所發(fā)送的跟蹤指令。處理器采用TI公司32位高性能定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812。該圖像處理器可工作在圖像采集和圖像處理兩種工作模式，處理器特性如下：

（1）5V直流電源供電；

（2）最高工作頻率100 M（20 M晶振，鎖相環(huán)5倍頻）；

（3）兩種工作模式：圖像采集及圖像處理；

（4）外擴(kuò)512 k×16 bit SRAM；

（5）兩路串行通訊接口（RS232和UART）；

（6）一路CAN總線(xiàn)通訊接口；

（7）兩路PWM電機(jī)控制接口。

圖像采集的目的，是對(duì)采集目標(biāo)在工作環(huán)境下特征的標(biāo)定，處理卡通過(guò)串口線(xiàn)與PC機(jī)連接，然后在通過(guò)PC機(jī)的端的處理軟件對(duì)圖像進(jìn)行采樣。PC機(jī)端的處理軟件，是使用VC.net語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序采用基于對(duì)話(huà)框模式，圖像采集模式分為 4種：320×240黑白，320×240彩色，640×240彩色，640×480黑白圖像。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)將圖像采集與識(shí)別集成到一個(gè)系統(tǒng)中，能很好地實(shí)現(xiàn)圖像的快速采集、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)于高分辨率要求的圖像采集識(shí)別系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可通過(guò)改變圖像處理模式的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在識(shí)別方法上，如果將本文的識(shí)別方法與其它一些基于統(tǒng)計(jì)的方法，如外圍輪廓法、數(shù)學(xué)變換法等結(jié)合在一起，能夠取得更好的識(shí)別效果。

[1]張 昊，程永進(jìn)，等.線(xiàn)陣CCD圖像采集系統(tǒng)[J].電子技術(shù)，2009，（5）：69-70.

[2]劉文耀.數(shù)字圖像采集與處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]高海林，錢(qián)滿(mǎn)義.DSP技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[4]宋萬(wàn)杰，等.CPLD技術(shù)及其應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.