劉鵬鵬

摘 要："飛思卡爾"杯全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)大賽是一項(xiàng)全國(guó)性賽事，要求參賽隊(duì)伍自主設(shè)計(jì)車(chē)輛，能盡可能快地在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的跑道上自動(dòng)識(shí)別道路行駛。路徑識(shí)別是智能車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最主要的模塊之一，該方案設(shè)計(jì)的情況，很大程度上影響著智能車(chē)的性能。本文從智能車(chē)控制系統(tǒng)基本方案入手，主要介紹OV7620攝像頭的應(yīng)用方案，以及其優(yōu)勢(shì)所在。

關(guān)鍵詞：智能車(chē) OV7620攝像頭 應(yīng)用

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，智能車(chē)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中已經(jīng)開(kāi)始扮演越來(lái)越重要的角色，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在具有一定標(biāo)記的道路上為司機(jī)提供輔助駕駛功能，甚至實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。智能車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)為模型，集信息采集、數(shù)據(jù)處理和速度方向控制于一體。道路信息的采集對(duì)智能車(chē)的控制效果起著決定性的作用，不僅要保證賽道信息的準(zhǔn)確性和可靠性，還要便于單片機(jī)的處理，提高智能車(chē)的機(jī)動(dòng)性。本文以O(shè)V7620攝像頭為研究對(duì)象，通過(guò)了解該型攝像頭的工作原理，結(jié)合其信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行采樣分析和中斷分析，介紹賽道信息的采集方案以及優(yōu)缺點(diǎn)。

1 簡(jiǎn)述智能車(chē)控制系統(tǒng)的基本方案

智能車(chē)系統(tǒng)各模塊連接如圖1.1所示：攝像頭傳感器拍攝賽道圖像并將圖像信息數(shù)字化，通過(guò)圖像信息處理獲取賽道信息，用于智能車(chē)的方向控制；通過(guò)光電編碼器檢測(cè)車(chē)速；經(jīng)單片機(jī)對(duì)獲取的賽道信息和速度信息進(jìn)行處理后，采用相應(yīng)的控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)和電機(jī)的控制，完成智能車(chē)方向控制和速度控制的良好配合，最終實(shí)現(xiàn)智能車(chē)在賽道上的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 基于OV7620攝像頭的智能車(chē)賽道信息采集

2.1 OV7620攝像頭的工作原理

OV7620攝像頭的工作原理是：按一定的分辨率，對(duì)圖像上的像素點(diǎn)進(jìn)行逐行掃描，并通過(guò)圖像傳感芯片將各像素點(diǎn)的亮度轉(zhuǎn)換成灰度值輸出，數(shù)值范圍在0—255之間，純黑為0，純白為255。

攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行時(shí)會(huì)輸出一段方波信號(hào)，即像素中斷信號(hào)，該信號(hào)在高電平有效。在高電平期間，攝像頭會(huì)向8個(gè)輸出端口輸出由8位二進(jìn)制表示的像素點(diǎn)灰度值，灰度值的變化反映了像素點(diǎn)的灰度變化。當(dāng)掃描完一行時(shí)，行中斷信號(hào)就輸出一斷低電平作為行消隱信號(hào)，它是掃描換行的標(biāo)志。然后繼續(xù)掃描新的一行，直到掃描完該場(chǎng)的視頻信號(hào)，接著在場(chǎng)信號(hào)會(huì)出現(xiàn)一段“凸槽”，該“凸槽”為場(chǎng)消隱信號(hào)，它是掃描換場(chǎng)的標(biāo)志。場(chǎng)信號(hào)的下降沿標(biāo)志著新的一場(chǎng)的到來(lái)。

2.2 采樣分析

OV7620攝像頭屬于CMOS攝像頭，輸出的是N制式的視頻信號(hào)，其一幅圖像包含240個(gè)圖像行，每行有320個(gè)點(diǎn)。對(duì)于智能車(chē)系統(tǒng)而言，由于受單片機(jī)內(nèi)存和運(yùn)算速度的限制，這么大解析度的圖像是無(wú)法處理的。為解決這個(gè)問(wèn)題，采用DMA傳輸?shù)姆绞?，使采樣過(guò)程不用經(jīng)過(guò)CPU，大大節(jié)省了CPU的開(kāi)銷(xiāo)，保證賽道信息的完整性和系統(tǒng)控制的效率。

DMA又稱(chēng)直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)，是所有現(xiàn)代電腦的重要特色，近幾年才廣泛應(yīng)用于單片機(jī)中，這個(gè)技術(shù)的出現(xiàn)，使得外圍設(shè)備可以通過(guò)DMA控制器直接訪問(wèn)內(nèi)存，與此同時(shí)，CPU可以繼續(xù)執(zhí)行程序；采用DMA傳輸?shù)淖畲髢?yōu)勢(shì)還在于，OV7620攝像頭輸出的周期像素中斷信號(hào)可以用來(lái)觸發(fā)DMA中斷。當(dāng)連接攝像頭像素信號(hào)的端口收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，DMA傳輸方式被觸發(fā)，傳輸一次像素點(diǎn)數(shù)值，如果定義傳輸次數(shù)為320，則可以一次性的傳輸一行的數(shù)據(jù)。

2.3 中斷分析

采樣過(guò)程中涉及到兩個(gè)中斷函數(shù)：場(chǎng)中斷函數(shù)、行中斷函數(shù)，對(duì)于中斷的編寫(xiě)采用嵌套的方式，即進(jìn)入場(chǎng)中斷函數(shù)后才使能行中斷。

采樣過(guò)程首先要識(shí)別場(chǎng)中斷信號(hào)，信號(hào)的下降沿會(huì)觸發(fā)場(chǎng)中斷進(jìn)入場(chǎng)中斷函數(shù)，在函數(shù)中使能行中斷，盡管在進(jìn)入場(chǎng)中斷函數(shù)之前一直有行中斷信號(hào)，但由于行中斷信號(hào)并沒(méi)有被使能，所以這段行中斷信號(hào)是無(wú)效的，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；當(dāng)行中斷被使能后開(kāi)始識(shí)別行中斷信號(hào)，行中斷信號(hào)是上升沿有效，上升沿會(huì)觸發(fā)行中斷進(jìn)入行中斷函數(shù)，進(jìn)入函數(shù)首先要判斷采集的行數(shù)是否是最后一行，如果是則表示該場(chǎng)的圖像信息已經(jīng)采集完畢，此時(shí)需要禁止行中斷；將像素中斷信號(hào)用于觸發(fā)DMA中斷，在行中斷函數(shù)中實(shí)現(xiàn)該過(guò)程。

3 采用OV7620攝像頭的優(yōu)缺點(diǎn)

攝像頭主要有CCD和COMS攝像頭兩種。CCD攝像頭需要12V的電源對(duì)它供電，發(fā)熱量和耗電量大，還需要專(zhuān)門(mén)的信號(hào)分離電路進(jìn)行處理。而COMS攝像頭功耗較小，5伏供電即可工作，能與大部分的電源系統(tǒng)和控制電路相兼容，無(wú)需額外的升壓電路，另外CMOS攝像頭集成度較高，將信號(hào)處理電路集成在一起，如A/D電路，時(shí)序分離電路，使得CMOS攝像頭可以直接輸出并行數(shù)字信號(hào)與時(shí)序信號(hào)，使用和開(kāi)發(fā)方便且信號(hào)穩(wěn)定。但CMOS攝像頭相較而言，更易于受到外界環(huán)境光線的干擾，在采集原理上CCD更占優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于智能車(chē)系統(tǒng)，并不需要過(guò)高的采集速度，另外加入濾波算法后，圖像的噪點(diǎn)也在可以接受的范圍內(nèi)，并且CMOS攝像頭使用方便，更適于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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