第五章 控制器设计

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更新于2008-05-27 12:08:46

FIFO MCU PID

5.1 图像采集

        摄像头的工作原理是按特定的分辨率，以隔行扫描的方式采集图像上的点，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度相对应的电压值，然后将此电压值通过视频信号端输出。摄像每扫描图像上的一行，就输出一段连续的电压信号，电压信号的高低变化反映了该行图像的灰度变化。每扫描完一行，视频信号端就输出一个低于该行最低视频信号电压的脉冲，即扫描换行的标志－行同步脉冲。然后，跳过一行继续扫描，如此反复，直到扫完一场。接着会出现一段场消隐区，它包含了扫描换场的标志－场同步脉冲，它标志着新一场的到来，不过得等场消隐区过去，下一场的视频信号才真正到来。行、场消隐脉冲的相对电平为75％，相当于图像信号黑电干。行消隐脉宽为12μs、周期为64μs，场消隐脉宽为l 612μs、周期为20ms。（图）摄像头每秒扫描25 幅图像，每幅又分奇、偶两场，先奇场后偶场，故每秒扫描50 场图像。奇场时只扫描图像中的奇数行，偶场时则只扫描偶数行。

图5.1 频信号示意图

        要能有效地对视频信号进行采样，如何提取出视频信号中的行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲是关键。LM1881视频同步信号分离芯片可以从视频信号中提取信号的时序信息，如行同步脉冲、场同步脉冲和奇、偶场信息等，并将它们转换成TTL电平提供给单片机。其电路原理图如图：

图5.2 1881接线图

        图中，1引脚为行同步信号输出端，2引脚为视频信号输入端，3引脚为场同步信号输出端，7引脚为奇-偶场同步信号输出端。当场同步脉冲到来时，3引脚将变为低电平，维持230us左右，重新变回高电平。7引脚在信号处于奇场时，为高电平，处于偶场时，为低电平。 

        摄像头信号采样电路图：

图5.3 摄像头信号采样电路图

        摄像头视频信号输出端接MC9S12DG128得AD0口和LM1881的视频信号输入端（2引脚），行同步信号输出端（1引脚）接DG128的IRQ，场同步信号输出端（3引脚）接DG128的PB1，奇-偶场同步信号输出端（7引脚）DG128的PB0。
 
        我们所用的摄像头是628X582像素的，如果对每一行都进行采样，数据量太大，单片机的处理速度跟不上。我们每场采15行，每行采50个点，图像采集程序的流程图如下图：

图5.4 图像采集流程图

5.2 图像处理 

        由于摄像头采集回来的图像干扰信息很多，图像的梯形失真也需要校正。这就要求我们对采集回来的原始图像进行滤波等处理。

5.2.1 二值化处理 

        二值化处理最重要的便是阈值的设定。说为的阈值就是将灰度或彩色图像转换为高对比度的黑白图像。所有比阈值亮的像素转换为白色；而所有比阈值暗的像素转换为黑色。有两种阈值方法。固定阈值和动态阈值，前者又分为全局阈值法和局部阈值法。全局阈值即是整幅图像都使用一个阈值，局部阈值法是在不同区域采用不同阈值。动态阈值是根据环境的变化，针对采集回来的图像信息计算阈值。全局阈值发在图像处理中应用比较多，我们也采用此法。

图5.5 二值化前图像                                       图5.6 二值化后图像