OV7620攝像頭在飛思卡爾智能車中的應用

劉鵬鵬

摘 要："飛思卡爾"杯全國大學生智能車大賽是一項全國性賽事，要求參賽隊伍自主設計車輛，能盡可能快地在專門設計的跑道上自動識別道路行駛。路徑識別是智能車系統(tǒng)設計中最主要的模塊之一，該方案設計的情況，很大程度上影響著智能車的性能。本文從智能車控制系統(tǒng)基本方案入手，主要介紹OV7620攝像頭的應用方案，以及其優(yōu)勢所在。

關鍵詞：智能車 OV7620攝像頭 應用

隨著現(xiàn)代技術的不斷發(fā)展，智能車在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中已經(jīng)開始扮演越來越重要的角色，目前已經(jīng)能夠實現(xiàn)在具有一定標記的道路上為司機提供輔助駕駛功能，甚至實現(xiàn)無人駕駛。智能車系統(tǒng)的設計以標準汽車為模型，集信息采集、數(shù)據(jù)處理和速度方向控制于一體。道路信息的采集對智能車的控制效果起著決定性的作用，不僅要保證賽道信息的準確性和可靠性，還要便于單片機的處理，提高智能車的機動性。本文以OV7620攝像頭為研究對象，通過了解該型攝像頭的工作原理，結合其信號特點進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。

1 簡述智能車控制系統(tǒng)的基本方案

智能車系統(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，通過圖像信息處理獲取賽道信息，用于智能車的方向控制；通過光電編碼器檢測車速；經(jīng)單片機對獲取的賽道信息和速度信息進行處理后，采用相應的控制算法實現(xiàn)對舵機和電機的控制，完成智能車方向控制和速度控制的良好配合，最終實現(xiàn)智能車在賽道上的穩(wěn)定運行。

2 基于OV7620攝像頭的智能車賽道信息采集

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，對圖像上的像素點進行逐行掃描，并通過圖像傳感芯片將各像素點的亮度轉換成灰度值輸出，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會輸出一段方波信號，即像素中斷信號，該信號在高電平有效。在高電平期間，攝像頭會向8個輸出端口輸出由8位二進制表示的像素點灰度值，灰度值的變化反映了像素點的灰度變化。當掃描完一行時，行中斷信號就輸出一斷低電平作為行消隱信號，它是掃描換行的標志。然后繼續(xù)掃描新的一行，直到掃描完該場的視頻信號，接著在場信號會出現(xiàn)一段“凸槽”，該“凸槽”為場消隱信號，它是掃描換場的標志。場信號的下降沿標志著新的一場的到來。

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，其一幅圖像包含240個圖像行，每行有320個點。對于智能車系統(tǒng)而言，由于受單片機內(nèi)存和運算速度的限制，這么大解析度的圖像是無法處理的。為解決這個問題，采用DMA傳輸?shù)姆绞?，使采樣過程不用經(jīng)過CPU，大大節(jié)省了CPU的開銷，保證賽道信息的完整性和系統(tǒng)控制的效率。

DMA又稱直接存儲器訪問，是所有現(xiàn)代電腦的重要特色，近幾年才廣泛應用于單片機中，這個技術的出現(xiàn)，使得外圍設備可以通過DMA控制器直接訪問內(nèi)存，與此同時，CPU可以繼續(xù)執(zhí)行程序；采用DMA傳輸?shù)淖畲髢?yōu)勢還在于，OV7620攝像頭輸出的周期像素中斷信號可以用來觸發(fā)DMA中斷。當連接攝像頭像素信號的端口收到觸發(fā)信號時，DMA傳輸方式被觸發(fā)，傳輸一次像素點數(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

采樣過程中涉及到兩個中斷函數(shù)：場中斷函數(shù)、行中斷函數(shù)，對于中斷的編寫采用嵌套的方式，即進入場中斷函數(shù)后才使能行中斷。

采樣過程首先要識別場中斷信號，信號的下降沿會觸發(fā)場中斷進入場中斷函數(shù)，在函數(shù)中使能行中斷，盡管在進入場中斷函數(shù)之前一直有行中斷信號，但由于行中斷信號并沒有被使能，所以這段行中斷信號是無效的，無法進行數(shù)據(jù)的傳輸；當行中斷被使能后開始識別行中斷信號，行中斷信號是上升沿有效，上升沿會觸發(fā)行中斷進入行中斷函數(shù)，進入函數(shù)首先要判斷采集的行數(shù)是否是最后一行，如果是則表示該場的圖像信息已經(jīng)采集完畢，此時需要禁止行中斷；將像素中斷信號用于觸發(fā)DMA中斷，在行中斷函數(shù)中實現(xiàn)該過程。

3 采用OV7620攝像頭的優(yōu)缺點

攝像頭主要有CCD和COMS攝像頭兩種。CCD攝像頭需要12V的電源對它供電，發(fā)熱量和耗電量大，還需要專門的信號分離電路進行處理。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，無需額外的升壓電路，另外CMOS攝像頭集成度較高，將信號處理電路集成在一起，如A/D電路，時序分離電路，使得CMOS攝像頭可以直接輸出并行數(shù)字信號與時序信號，使用和開發(fā)方便且信號穩(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。

對于智能車系統(tǒng)，并不需要過高的采集速度，另外加入濾波算法后，圖像的噪點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)開發(fā)的特點。

參考文獻：

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[3] 梁相賓，基于攝像頭的自主循跡小車系統(tǒng)的設計，中國礦業(yè)大學學報，2010，5-6