遼寧工業(yè)大學(xué) 田 鵬 唐陽山 夏道華

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一種實(shí)現(xiàn)攝像頭快速精準(zhǔn)對心的工裝系統(tǒng)設(shè)計

遼寧工業(yè)大學(xué) 田 鵬 唐陽山 夏道華

【摘要】傳統(tǒng)的攝像頭對心方法主要是通過硬件對心，即通過移動電路板的位置來調(diào)整集成在電路板上的視頻傳感器的中心位置，從而達(dá)到對心的效果。這種方法效率低下，而且容易在操作中引入誤差，不適合在大批量生產(chǎn)中使用。提出了一套通過軟件來實(shí)現(xiàn)攝像頭的快速精準(zhǔn)的對心工裝系統(tǒng)設(shè)計方案。通過顯示屏上圖像中心和屏幕幾何中心的偏差，用單片機(jī)控制IIC總線對視頻傳感器內(nèi)的寄存器初值進(jìn)行修改，重新燒錄進(jìn)FLASH，實(shí)現(xiàn)圖像中心位置的調(diào)整。實(shí)驗(yàn)表明，通過這套工裝系統(tǒng)進(jìn)行對心整個過程只需8秒鐘，相比硬件對心，更加快速，精確。

【關(guān)鍵詞】攝像頭對心；單片機(jī)；IIC；視頻傳感器；圖像中心

1 引言

近年來，隨著汽車主動安全技術(shù)的深入研究，相應(yīng)的主動安全駕駛輔助產(chǎn)品也不斷推陳出新，如倒車?yán)走_(dá)、后視攝像倒車系統(tǒng)[1]、AVM全景泊車輔助系統(tǒng)[2]、道路偏離預(yù)警系統(tǒng)等。它們都為保障汽車安全駕駛起到不可忽視的作用。而大多數(shù)汽車駕駛輔助產(chǎn)品都以視頻傳感器作為捕獲和接收外界信息的第一手媒介，所以攝像頭各方面性能的重要性不言而喻。攝像頭的對心精準(zhǔn)度是評價攝像頭性能好壞的重要指標(biāo)。由于攝像頭安裝到車上的匹配誤差和攝像頭本身的一致性誤差存在，會造成攝像頭傳感器芯片的中心與鏡頭光軸中心不一致，即使傳感器芯片有一點(diǎn)偏差，通過鏡頭的放大作用在顯示屏上的移動距離就會很大，這樣就可能導(dǎo)致駕駛員觀測到的距離和實(shí)際距離相差較大或車輔線的標(biāo)識距離不準(zhǔn)確，從而引起不必要的交通事故。為了解決這個問題，就需要在攝像頭出廠時或畫車輔線之前對圖像中心進(jìn)行校準(zhǔn)。

傳統(tǒng)的攝像頭對心裝置主要是通過移動電路板對板上的視頻傳感器進(jìn)行微調(diào)來達(dá)到對心的目的。具體過程是通過電路板上對角的兩個小螺絲初步固定住電路板，螺孔直徑比螺絲直徑稍大，可允許電路板在工裝臺座上進(jìn)行上下左右小范圍移動。電路板四周各有一個微調(diào)旋鈕，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕可對電路板進(jìn)行上下左右調(diào)節(jié)，通過屏幕上顯示的圖像中標(biāo)定板中心和屏幕幾何中心的偏差來進(jìn)行調(diào)節(jié)。達(dá)到最佳位置時，旋緊電路板上兩對角螺絲，實(shí)現(xiàn)對心目的。這種硬件對心的方法工序復(fù)雜，效率低下，且容易引入誤差，在量產(chǎn)階段會帶來很多麻煩。本文提出了一種軟件對心的工裝設(shè)計方案，可以有效提高攝像頭對心效率和對心精度，具有很好的應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)總體概述

該攝像頭對心工裝按功能分為三大部分，分別是對心部分、顯示部分和控制部分，控制盒內(nèi)的單片機(jī)通信模塊和顯示器通過線束和頂針與對心盒上的電路板相連。結(jié)構(gòu)示意圖如圖（1）（2）（3）。

對心盒里有兩個LED燈，關(guān)閉盒子蓋時給盒子里面空間照明。待校準(zhǔn)中心的攝像頭安裝在固定槽里，安放好后攝像頭幾何中心和標(biāo)定板上的十字標(biāo)記在一條直線上，用頂針沿滑軌壓緊攝像頭測試點(diǎn)給攝像頭供電和聯(lián)通IIC、視頻信號，實(shí)現(xiàn)和顯示器及控制板通信。頂針一共有8根，分別是電源線3根，接地1根，數(shù)據(jù)線1根，時鐘1根，cvbs正和cvbs負(fù)2根。

圖（1）對心盒

圖（2）顯示屏

圖（3）控制盒

顯示屏主要是顯示視頻傳感器捕獲到的對心盒盒內(nèi)的畫面，用來觀察圖像標(biāo)記中心和屏幕幾何中心的位置，指導(dǎo)操作者通過矩陣鍵盤做怎樣的調(diào)節(jié)。

控制盒內(nèi)是一塊單片機(jī)和幾個外圍電路模塊，將矩陣鍵盤外接到控制盒頂端。每個鍵盤對應(yīng)不同的操作，用以驅(qū)動相應(yīng)的控制模塊實(shí)現(xiàn)攝像頭的快速精準(zhǔn)對心。如圖（3）所示，各按鍵功能如下：

1.控制盒上電和斷電；2.電源指示燈；3.燒錄按鍵，將調(diào)整好的程序重新燒錄到攝像頭里的FLASH芯片。4、7、5、6.上下左右調(diào)節(jié)圖像中心的位置,使圖像中心與顯示屏的幾何中心重合；8.燒錄失敗指示燈（紅燈持續(xù)閃爍）；9.燒錄成功指示燈（綠燈）。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

如圖（4）框圖所示，電源系統(tǒng)輸入12V電壓，經(jīng)開關(guān)電源輸出5V電壓，給單片機(jī)供電。同時作為LDO的輸入電壓，輸出2.8V，1.8V電壓，為傳感器供電。

MCU外圍電路：晶振，復(fù)位電路，燒錄電路，鍵盤，指示燈。

圖（4）硬件功能框圖

按下相應(yīng)的方向鍵盤，拉低相應(yīng)的MCU引腳電位，低電平有效，對MCU發(fā)出相應(yīng)命令，通過IIC總線對視頻傳感器里面的配置文件進(jìn)行修改，進(jìn)而對圖像中心進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，觀察顯示器上圖像中心和顯示屏幾何中心的偏差，通過4個方向鍵的配合動作，完成整個畫面的對心調(diào)整。把配置好的二進(jìn)制文件重新燒錄進(jìn)FLASH，綠燈亮則燒錄成功，紅燈持續(xù)閃爍（I/O口高低電平不斷交替），則燒錄失敗，需重新配置。最終完成對心過程。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示

如圖（5）（6）所示，為硬件對心完成時的屏幕顯示圖像和硬件對心工裝也叫機(jī)械對心工裝的實(shí)物圖。

圖（5）硬件對心完成時的屏幕實(shí)物圖

圖（6）硬件對心工裝（機(jī)械 對心工裝）實(shí)物圖

如圖（7）到（10）所示，為軟件對心工裝實(shí)物圖。圖（7）為對心盒，圖（8）為控制盒。圖（9）為對心盒工作狀態(tài)時盒內(nèi)畫面，圖（10）為對心完成時屏幕顯示“兩心”重合畫面。

圖（7）對心盒實(shí)物圖

圖（8）控制盒實(shí)物圖

圖（9）工作狀態(tài)時對心盒實(shí)物圖

圖（10）對心完成時屏幕顯示圖

用軟件對心工裝對心后，新建圖層畫出車輔線，如圖（15）所示。車輔線由紅、黃、綠三段線組成，紅線表示離汽車后保險桿的地面距離為0.5米，黃線為1米，綠線為2米。經(jīng)行車測試，符合產(chǎn)品規(guī)格書要求。

圖（11）對心后車輔線測試效果圖

通過軟件和硬件對心工裝相比，軟件對心工裝主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）軟件對心工裝對心操作過程簡單，自動化程度較高，對工人技能要求不高，適合量產(chǎn)時使用。

（2）軟件對心工裝整個對心過程只需8秒鐘左右即可完成，而硬件對心工裝則需要20秒左右才能完成，且需要操作人員具有嫻熟的操作技術(shù)?？梢院艽蟪潭壬瞎?jié)約時間成本。

（3）從 圖（5）和圖（10）對比可知，利用軟件對心工裝對心后效果比硬件工裝對心后效果要好。這是由于硬件對心中，旋緊螺絲的過程中導(dǎo)致視頻傳感器有輕微移動，所以對心完成后圖像中心和屏幕幾何中心有一些偏移。軟件對心工裝很好的屏蔽了這種誤差的引入，對心后效果較好。

5 總結(jié)與展望

由軟件控制來實(shí)現(xiàn)攝像頭對心避免了在對心過程中反復(fù)移動電路板，避免不必要的誤差引入，而且操作簡單，對心迅速，在產(chǎn)品大批量生產(chǎn)時能節(jié)省大量人力和時間，優(yōu)化了工藝流程。但是，并非所有視頻傳感器芯片都支持HCI[6]命令接口，當(dāng)使用的視頻傳感器不支持HCI命令接口時，單片機(jī)就不能通過IIC總線來修改寄存器中配置文件的x，y值，也不能對FLASH進(jìn)行擦除和重新燒錄，只能通過調(diào)節(jié)電路板的幾何位置來達(dá)到對心的目的。而隨著視頻傳感器的需求越來越大，更多的芯片廠商應(yīng)該會考慮到提供一個命令接口來滿足日益增長的客戶需求。用軟件來實(shí)現(xiàn)攝像頭快速精準(zhǔn)對心的工裝系統(tǒng)一定會有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]陳爍華,馮桑.倒車輔助系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展[J].城市車輛,2009:36-38.

[2]操虹,盧榮勝,馬程.基于ARM9的多路視頻采集系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代顯示,2009,100:42-45.

[3]李富紅.高清貝爾圖像實(shí)時采集系統(tǒng)[D].太原:太原理工大學(xué),2009.

[4]張永亮.智能可是倒車系統(tǒng)設(shè)計[D].武漢:武漢科技大學(xué),2008.

[5]MT9V129 Datasheet [EB/OL].2007.

[6]ASX340AT Host Command Interface Specification Datasheet[S][EB/OL].2011.

田鵬（1988-），男，湖北黃岡人，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榻煌ò踩夹g(shù)。

唐陽山（1971-），男，山東青島人，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)槠囍鲃影踩?/p>

One kind of tooling system design for the camera fast and accurate on the heart

TIAN Peng，TANG Yang-shan，XIA Dao-hua
(Automobile and Traffic Engineering,Liaoning, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121000, China)

Abstract:Camera centers calibration is a very important link of the production of the series of astern camera, it changes the center of video sensor by moving the circuit board to get the efficiency ,but this way is not fit for mass production because of the low efficiency and easy to make errors. Putting forward a software of tooling system design for the camera fast and accurate on the heart.By the deviation of the image center and geometric center to control IIC bus to modify the primary data on register in the video sensor and write it again in flash to realize the adjust of image center. Experiments show that only eight seconds are needed to accurate the whole process by this system, it is more fast and accurate comparing to the accurate by hardware.

Keywords:camera centers calibration; single chip microcomputer; IIC BUS; video sensor; image center

作者簡介：

基金項目：遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計劃（LJQ2012058）。