邵陽學(xué)院信息工程系　張勇強　陽　泳　余建坤

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基于STM32的圖像采集與顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

邵陽學(xué)院信息工程系張勇強陽泳余建坤

【摘要】圖像顯示與圖像采集技術(shù)的發(fā)展與廣泛運用使得人們的生活與工作簡便、快捷。針對圖像采集與圖像顯示技術(shù)的研究具有重要的社會價值和經(jīng)濟價值，圖像采集與顯示系統(tǒng)最為重要的就是圖像的處理能力與顯示清晰度的，基于這兩點問題，本文就以STM32F4系列單片機作為主控處理芯片、圖像采集則是使用OV7670攝像頭模塊，將采集圖片存儲在AL422芯片中并且其通過3.5寸的TFT液晶顯示屏顯示出來，期望對圖像采集與顯示技術(shù)的研究有所幫助。

【關(guān)鍵詞】圖像采集與顯示；stm32F4單片機；ov7670攝像頭模塊；AL422芯片

隨著對圖像采集技術(shù)與圖像顯示技術(shù)的研究，圖像采集與顯示系統(tǒng)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛運用，例如運用在社會社交、安防領(lǐng)域、遠(yuǎn)程醫(yī)療及實時監(jiān)控等各個方面，所以針對攝像頭圖像采集與顯示技術(shù)具有重要意義，而且其在未來擁有廣泛的應(yīng)用市場和發(fā)展前景。本文就使用STM32F4單片機所設(shè)計的簡易圖像采集系統(tǒng)為例子進(jìn)行詳細(xì)的分析與論述，本系統(tǒng)核心在于通過OV7670攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)，在通過STM32處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)，主要是以軟件的處理圖像數(shù)據(jù)以及將其通過TFT液晶屏顯示出來。

1　系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)控制核心以STM32高位單片機來控制，通過軟件編程來控制OV7670攝像頭模塊的內(nèi)部參數(shù)來實現(xiàn)其采集圖像數(shù)據(jù)，攝像頭將采集的圖像信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號以幀的形式存儲在AL422芯中，而單片機通過控制IO讀取的Al422里面的幀數(shù)據(jù)，之后通過相應(yīng)的幀處理算法將數(shù)據(jù)顯示的TFT液晶屏上，所以本次系統(tǒng)主要分為圖像采集模塊、圖像存儲模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)顯示模塊等四個模塊，以下是每個模塊具體分析。

1.1數(shù)據(jù)采集

圖像數(shù)據(jù)的采集使用的OV7670攝像頭模塊，主要通過SCCB總線接口實現(xiàn)伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等圖像處理功能，由于OV7670攝像頭模塊小巧方便，適用于各種場景。而為了提高的圖像質(zhì)量，彌補電子設(shè)備的光學(xué)缺陷，使用如固定圖案噪聲、托尼、浮散等方式提高圖像質(zhì)量質(zhì)量，以方便得到清晰的彩色信息。同時使用OV7670模塊能夠有效的較少系統(tǒng)的外部硬件電路配置，將OV7670攝像頭模塊的功能與數(shù)據(jù)引腳直接與STM32單片機連接，通過軟件編程來實現(xiàn)控制OV7670模塊。

1.2數(shù)據(jù)存儲

采用AL422芯片作為視頻緩沖器，將攝像頭采集到的數(shù)據(jù)以幀的形式存儲到AL422芯片中，一幀圖像信息通常包含640x480或720x480個字節(jié)，而AL422芯片的容量足夠存儲一幀完整的數(shù)據(jù)信息，且能夠自動刷新芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)，而且對于本系統(tǒng)而言，AL422芯片價格比較便宜，適合本圖像系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)的緩沖器，故使用作為圖像信息存儲器，通過軟件編程的來控制AL422芯片，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的與讀取。

1.3數(shù)據(jù)處理

為了能夠得到更加高質(zhì)量的圖像，需要高位單片機來對攝像頭采集的信息進(jìn)行處理，所以選擇arm cortex-m3內(nèi)核的STM32F4單片機作為系統(tǒng)主控，STM32單片機操作簡單，數(shù)據(jù)處理能力高且快，并且擁有大容量得到Flash存儲器，所以綜合各方面需求，故采集用STM32F4單片機作為本系統(tǒng)的主控芯片。

1.4數(shù)據(jù)顯示

系統(tǒng)采用3.5寸的TFT彩屏顯示，分辨率為480x320，屏幕驅(qū)動則是由屏幕的廠商提供，不需要自己去寫，所以只需要控制屏亮度以及的顯示內(nèi)容，此部分主要是通過編寫軟件程序來實現(xiàn)。

2　軟件程序編寫

軟件程序主要是為了使用各種硬件資源需要配置相應(yīng)的時鐘、IO、引腳以及各種總線接口，通過STM32的數(shù)據(jù)手冊進(jìn)行相應(yīng)的操作來控制。本次的攝像頭主要是的作為視頻圖像采集而不是拍照作用，所以此次可以不進(jìn)行圖像格式的處理，例如BMP、JPG解碼操作，當(dāng)然如果要提高此系統(tǒng)的功能，可以將圖片解碼操作加上去，增加照相功能。

2.1OV7670攝像頭模塊驅(qū)動控制編寫

攝像頭模塊根據(jù)圖像傳感器的不同可以分為CCD與CMOS兩種，本系統(tǒng)使用的OV7670是CCD型模塊，而FIFO緩沖器的則是用于驅(qū)動攝像頭與做圖像緩存的作用，所以對于攝像頭模塊模塊控制主要通過對其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，至于攝像頭驅(qū)動則有FIFO芯片進(jìn)行驅(qū)動。程序只需要通過控制單片機引腳來時控制數(shù)據(jù)端口和攝像頭的控制接口即可，通過控制接口操作控制攝像頭模塊的寄存器，使得攝像頭進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。

2.2AL422存儲芯片驅(qū)動編寫

AL422芯片也是屬于FIFO器件、是一種先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)緩存器、沒有外部讀寫地址線，

通過編寫相應(yīng)的程序要控制IO引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的順序的寫入以及數(shù)據(jù)的讀出，AL422內(nèi)部能夠自動刷新數(shù)據(jù)，主要是用于不同時鐘域之間的數(shù)據(jù)傳輸、主要有兩種結(jié)構(gòu)：觸發(fā)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和零導(dǎo)向傳輸結(jié)構(gòu)，通過編寫STM32程序控制IO引腳對AL422芯片的數(shù)據(jù)的存入與讀出。

2.3圖像數(shù)據(jù)處理

幀數(shù)據(jù)處理為本系統(tǒng)主要部分，數(shù)據(jù)幀就是數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，它包括三部分：幀頭，數(shù)據(jù)部分，幀尾。其中，幀頭和幀尾包含一些必要的控制信息，比如同步信息、地址信息、差錯控制信息等。通過視頻幀數(shù)據(jù)的處理，已得到更高質(zhì)量的圖像信息，所以此部分的幀數(shù)據(jù)算法的處理要求很高，本次采用的是MP4文件的分割算法處理，所謂“分割”，就是把大文件切成小文件，要實現(xiàn)mp4的分割，首先需要獲取到關(guān)鍵幀列表；然后選擇要分割的時間段（比如從關(guān)鍵幀開始）；接著重新生成moov box（注意所有相關(guān)的box 以及 box size都需要改變）；最后拷貝對應(yīng)的數(shù)據(jù)，生成新文件。大致為這樣，所以為了提高圖像質(zhì)量，此部分的算法處理要好。

2.4圖像顯示程序編寫

3.5寸的屏幕驅(qū)動由屏幕廠家提供，通過屏幕驅(qū)動編寫相應(yīng)的顯示函數(shù)，將處理好的視頻幀數(shù)據(jù)通過顯示函數(shù)顯示在在液晶屏上。

3　結(jié)論及總結(jié)

綜合上述，通過本次設(shè)計中，通過對系統(tǒng)不斷測試與調(diào)試，最后能夠通過將OV7670攝像頭采集圖像通過TFT彩屏顯示出來，并且總結(jié)以下幾點經(jīng)驗：（1）選取的攝像頭的類型要合適。不同類型的攝像頭有各自的適用環(huán)境，其在參數(shù)和功能上有很大的差別，選擇不合適會嚴(yán)重影響采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；（2）應(yīng)將采集到的數(shù)據(jù)先存儲再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。將采集到的數(shù)據(jù)線存儲起來再處理，一方面可以防止數(shù)據(jù)丟失，另外一方面可以避免一下處理太大的數(shù)據(jù)；（3）為了提高圖像質(zhì)量，針對采集到的信息算法應(yīng)該加強處理，以得到更高質(zhì)量的圖像。

參考文獻(xiàn)

[1]李德明,韓劍,江國強.基于ov7670的圖像采集及顯示系統(tǒng)設(shè)計[J].儀器儀表學(xué)報,2010(08):30-33.

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[3]何華芝.基于stm32的車載監(jiān)控設(shè)備的硬件設(shè)計[J].電子測量技術(shù),2008(12):139-141.

張勇強（1992—），男，福建三明人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于邵陽學(xué)院信息工程系通信工程專業(yè)，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

陽泳（1994—），男，湖南人，瑤族，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于邵陽學(xué)院信息工程系電子信息工程專業(yè) ，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

余建坤（1966—），男，湖南冷水江人，碩士，副教授，研究方向：現(xiàn)電子設(shè)計理論。

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