基于OV7620摄像头智能车道路信息视频采集及处理研究

//数组 1 中的图像数据已经准备好
//锁定数组 1 //对数组 1 的图像已准备标志清零 //处理数组 1 中的图像数据 //解除数组 1 的锁定状态
//数组 2 中的图像数据准备好
//锁定数组 2 //对数组 2 的图像已准备好标志清零 //处理数组 2 中的图像数据 //解除数组 2 的锁定状态
void init_interrupt ()
{ DDRJ_DDRJ7 = 0; DDRJ_DDRJ6 = 0; PIEJ_PIEJ6 = 1; PIEJ_PIEJ7 = 1; PPSJ_PPSJ7 = 1; //对行同步改为上升沿捕捉 PPSJ_PPSJ6 = 0; //场同步信号使用下降沿捕捉
} 从整个智能车系统来看，每场持续的 16.67ms 时间里系统不但要完成视频采集及处理，
3.2 双数组交替存储算法设计[3] 视频采样和处理并行执行算法其实就是利用采样行之间的 3 行视频信号的时间来进行
图像处理和其它控制。这样就遇到一个问题:当这一行图像处理没有完成时下一行数据来了 刷新了数组，导致处理与采样的混乱。为了解决这个问题本文采样双数组交替存储算法：即 定义两个数组，分别为 init_data1 和 init_data2，并分别为这两个数组定义图像已准备标 志变量和数组锁定标志变量，这样我们根据这两个标志变量就可以进行有效的数组管理。数 组管理程序流程图如图 3 所示：
机器视觉技术自起步起到现在已经有近 20 年历史。可以说机器视觉技术作为一种工程 应用技术，其技术特点是随着工业自动化的发展而逐渐发展和完善的。所谓机器视觉就是用 视觉传感器代替人眼来做测量和判断，这也是模式识别的基础。机器视觉系统是指通过图像 传感器（即图像摄取装置，分为 CMOS 摄像头和 CCD 摄像头两种）将被摄取目标转换成图像 信号，这个过程是由 AD 采样来完成的，然后把结果传送给专用的图像处理系统，根据像素 分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目 标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
在智能车导航技术方面，机器视觉技术由于其能提供丰富的信息、价格相对低廉、能与 其他传感器方便的进行数据融合等特点，成为当前有着广泛应用前景的导航技术之一。
1.视频采集系统概述
本智能车是基于 Freescale 公司的 16-bit 单片机 MC9S12XS128B 控制的，而且是对实时 性要求较高的智能控制系统，该单片机总线频率可以在 16-96Mhz 之间，根据实时性要求应 该是总线频率越高单片机运行速度越快，但是实验证明超过 96Mhz 后系统会变得不稳定。所 以本系统设定总线频率为 72Mhz。
3.3 场中断服务程序算法设计 场同步信号是场开始的标志，要实现图像采集必须要在场中断服务程序里进行相关变量
步等多种同步信号和像素时钟等多种时序信号;5V 电源供电，工作时功耗<120mW,待机时功 耗<10uW。能够满足本系统道路识别的要求。
2.视频采集系统硬件设计[1] 2.1 图像传感器工作原理
图像传感器即摄像头是组成机器视觉系统的非常重要的元器件。根据其原理不同分摄像
头主要分为两种：CCD(Charge Coupled Device)摄像头，CMOS 摄像头。CCD 也称电耦合器件 ，
中断入口
行中断 ？ 场中断 ？
行中断
行中断服务函数
场中断 场中断服务函数
清除行中断标志 清除场中断标志
出口
图 2：采样系统的程序流程图 Fig2: The flow chart of sampling system 但是，我们知道图像采样完成后还需处理。一种很直接的算法就是等待图像采样完成后 再进行图像处理，这种叫串行执行方式。这种方式的缺点是效率比较低。因为我们采用每隔 3 行采样一行的方式，所以这样就白白浪费掉了隔行采样的优势。由是本文提出视频采样和 处理并行执行的算法。
数组管理程序如下所示：
void Video() {
if(DataReady1==1) {
DataLock1=1; DataReady1=0; image_an alys e(1); DataLock1=0;
} else if(DataReady2==1) {
DataLock2=1; DataReady2=0; image_an alys e(2); DataLock2=0; } else { //Data have not ready } }
基于 OV7620 摄像头智能车道路信息视频采集及处理研究
王名发 江智军 郭鹏 南昌大学 南昌 330031
摘要：本文研究了基于视觉传感器的道路信息采集系统以及视频信号的处理算法，智能车的
处理器使用了 MC9S12XS128，采样系统的硬件部分使用 OV7620 数字摄像头；软件部分的关
键是采用双数组交替存储及处理技术，使采集系统具有较高的效率，比较符合实时性的要求 。
还要控制前轮转向和后轮速度的控制。故采样只能是隔行进行的，但是又要得到足够多的信 号来完成对道路的识别，所以要选择合适的采样行。 比如可以从第 4 行开始每隔 7 行采集图像，即采集的行数分别是： 4、11、18、25......。 为了实现这个目的，有一个很容易想到的办法：把要采样的行号放到数组里： SlampLine [LINE_MAX] = {4, 11, 18, 25...}，LINE_MAX 是系统总的采样行数；然后用行中断计数器 与其比较，当行中断计数器 InterruptLine 等于该数组的值时就采样。采用隔行采样的方式 还可以充分利用 CPU 时间来进行图像处理，所以本系统利用中断方式来触发采样。并把采样 得到的数据存储到二维数组里。采样系统的程序流程图如图 2 所示：
通过实验证明，该种算法具有良好的实时性、可靠性和鲁棒性。
关键词： OV7620；视频采集；图像处理；视觉导航；边缘检测
中图分类号:TP
文献标识码:B
The Video Capt ure and Processing Research on Smart Car Road Information Based on OV7620 Camera
的，这种思想是来自操作系统的进程管理原理。在微观上，数组管理程序的运行原理是这样 的：在采集过程中，当数组没有被锁定时，采样得到的图像数据就存储到该数组里，若采集 完成那么就给变量 DataReady 赋值为 1，即表示图像已经准备好；在处理过程中，当数组的 DataReady 标志为 1，即表示该数组图像已经准备好，则先锁定该数组，然后处理该数组内 的数据。如此就实现了所谓的采集与处理的并行执行。
为了提高本系统的实时性，视频采集采用外部中断触发的方式采样图像数据。根据上文
可知，YUV16 视频信号的场频为 60HZ，即一场信号将持续 16.67ms，且一般每场摄像头扫描
480 线。HREF-行同步信号、 VSYNC-场同步信号为采集控制信号，分别接到 PJ7 和 PJ6 口 ，
பைடு நூலகம்
设置 PJ 口，使 PJ7 能响应上升沿中断；PJ6 能响应下降沿中断，设置函数如下：
图 1：HQ7620 摄像头与 S12 单片机的连接端口
Fig1: the connectivity port of HQ7620 camera and S12 MCU HQ7620 提供的 3 种数据制式，我们选用 YUV16 位的数据制式且只提取其中的 Y 信号即
亮度信息，生成黑白图像。使用 HREF-行同步信号、VSYNC-场同步信号为采集控制信号。 3.视频采集系统软件设 计[ 2 ] 3.1 中断采样系统软件概述
图像采集时，为了减小的硬件复杂度，增强模块的独立性。本文采 HQ7620 数字摄像头， 它是基于 Omnivsion 公司的 CMOS 图像传感器---OV7620 的方案设计；1/3 英寸数字式 CMOS 图像传感器 OV7620，总有效像素单元为 664(水平方向)x492(垂直方向)像素;内置 10 位双通 道 A/ D 转换器，输出 8 位图像数据;具有自动增益和自动白平衡控制，能进行亮度、对比度 、 饱和度、Y 校正等多种调节功能;其视频时序产生电路可产生行同步、场同步、混合视频同
2.2 飞思卡尔 S12 读取黑白图像的简单连接接口如下图 1：
MC9S12XS128
J1 1 SCL
2 SDA
3 HREF 4 VSYNC
5 Y0 6 Y1
7 Y2
8 9
Y3 Y4
10 11
Y5 Y6
1 2 Y7
SCL SDA HRE F VSYNC
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
JX PJ0 1 PJ1 2 PJ6 3 PJ7 4 PA 0 5 PA 1 6 PA 2 7 PA 3 8 PA 4 9 PA 5 10 PA 6 11 PA 7 12
WANG Mingfa, JIANG Zhijun , GUO Peng
Nanchang University, Nanchang, 330031, China
Abstract: In this paper, the road information collection systems and processing algorithms of video signal was researched based on vision sensor, the processor of Smart car used MC9S12XS128, the hardware of Sampling system using OV7620 digital camera; The key of software part is the turn of double-array storage and processing technology, which made the Acquisition system has higher efficiency, more in line with the requirements of real-time. Experiments have proved that the algorithm has good real-time performance, reliability and robustness. Keywords: OV7620；Video Capture; picture processing; Visual Navigation; Edge detection
其工作原理是：被摄物体反射光线到摄像头上，经过镜头聚焦到 CCD 感光芯片上，感光芯片
根据光线的强弱积聚相应电荷，经周期性放电而产生表示图像的电信号。 CMOS 摄像头其实
跟 CCD 差不多，也是将光转换成电信号的器件。它们的差异之处就是图像的扫描方式不同， CCD 是采用连续扫描方式，即它只有等到最后一个像素扫描完成后才进行放大；CMOS 传感器
数组管理入口
其它 图像未准备好
哪个数组 准备好 ？
数组 1
处 理 数 组 1中 的 数 据
数组 2 处 理 数 组 2中 的 数 据
使 数 组 1处于已锁定状态
使 数 组 2处 于 已 锁 定 状 态
出口
图 3：数组管理程序流程图 Fig3: the flow chart of array management procedures 数组管理程序使得数组 1 和数组 2 交替进行存储和处理工作。使得 CPU 利用率得到最大 化，控制周期也缩短了。同时，在宏观上来看该视频采集系统的图像采集与处理是并行执行
的每个像素都有一个将电荷放大为电信号的转换器。所以 CMOS 的功耗比 CCD 要小。由于 CMOS
功耗小，较 CCD 要便宜，而且图像质量满足要求。本图像采集系统的图像传感器选用美国
Omnivision 公司的 1/3″ OV7620 CMOS 感光芯片的黑白图像传感器。
OV7620 是 1/3CMOS 彩色/黑白图像传感器。它支持连续和隔行两种扫描方式，VGA 与 QVGA 两种图像格式；最高像素为 664×492，帧速率为 30fps；数据格式包括 YUV，YCrCb， RGB 三种，能够满足智能车图像采集系统的要求。