ADS7852在双目测距中的应用

技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００６年第２２卷第４－２期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》电子设计ＡＤＳ７８５２在双目测距中的应用ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡＤＳ７８５２ｉｎｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｔｅｒｅｏ（１．河北经贸大学；２．石家庄军械工程学院）刘艳玉１李德良２张飞龙２王长龙２Ｌｉｕ，ＹａｎｙｕＬｉ，ＤｅｌｉａｎｇＺｈａｎｇ，ＦｅｉｌｏｎｇＷａｎｇ，Ｃｈａｎｇｌｏｎｇ摘要：本文详细介绍了ＡＤＳ７８５２的工作原理及其应用，并给出了它与８９Ｃ５１及ＴＣＤ２９０１Ｄ的连接电路图。

说明了双目测距的原理并给出了测距的求解公式。

利用ＡＤＳ７８５２的特点解决了双目测距中激光光斑面积、信号捕捉和测量精度三者之间的矛盾。

给出了硬件原理框图和软件流程图。

关键词：双目视觉；测距；ＡＤＳ７８５２中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡＤＳ７８５２ａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｉｓｔｅｘｔ．ＡｎｄｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｗｉｒｉｎｇｄｉａｇｒａｍｏｆＡＤＳ７８５２ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈ８９Ｃ５１ａｎｄＴＣＤ２９０１Ｄｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｔｅｒｅｏｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｓｄｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎａｍｏｎｇａｒｅａｏｆｌａｓｅｒｓｐｏｔ，ｓｉｇｎａｌｃａｐｔｕｒｅａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｉｎｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｔｅｒｅｏ．ＩｔｉｓｒｅｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＡＤＳ７８５２．Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｏｆｔｗａｒｅａｒｅｇｉｖｅｎａｔｌａｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｎｏｃｕｌａｒｓｔｅｒｅｏ；ｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｉｎｇ；ＡＤＳ７８５２文章编号：１００８－０５７０（２００６）０４－２－０２００－０３１引言基于双目视觉的ＣＣＤ测距技术具有非接触和高效率的优点。

测量时需要一个激光发生器把激光照射到被测物体表面，根据光斑在两个ＣＣＤ中成像的差异来求出被测物体的距离。

如果光斑面积过大会影响测量精度，如果过小不仅会使ＣＣＤ输出信号的捕捉发生困难，而且增加激光发生器的成本。

所以需要在光斑面积保持适当的情况下对ＣＣＤ输出信号进行采集、处理，最后求出被测物体的距离。

ＡＤＳ７８５２是一款逐次逼近式模数转换器，具有转换速率高、精度高和输入通道多等许多优点。

正好满足双目测距中的输出信号持续时间短、成像灰度值差异小和需要多路输出等要求。

另外ＡＤＳ７８５２只需要单５Ｖ供电，使得系统控制更加简单。

２ＡＤＳ７８５２芯片及其应用２．１ＡＤＳ７８５２芯片简介ＡＤ７８５２是德州仪器公司的一款高速逐次逼近式Ａ／Ｄ转换器。

具有８路输入、并行１２位输出，内部带２．５Ｖ基准电压，转换时间最大只需１．７５ｕｓ。

其封装形式为ＴＱＦＰ。

ＡＤ７８５２有３２个管脚，ＡＩＮ０－ＡＩＮ８为８路模拟输入，ＤＢ０－ＤＢ１１为１２位数字输出，Ａ０－Ａ２为８路模拟输入的地址选择；Ｖｓｓ为电源电压，ＶＲＥＦ为外接参考电压，若不用可接２．２ｕＦ和０．１ｕＦ去耦电容各一个；ＡＧＮＤ和ＤＧＮＤ分别为模拟地和数字地，ＣＬＫ为时钟输入（可以从２００ＫＨｚ到８ＭＨｚ），ＢＵＳＹ为忙指示输出，ＣＳ、ＲＤ和ＷＲ分别为片选信号、读信号和写信号。

其工作原理为：首先ＣＳ引脚置低，然后通过设置Ａ２、Ａ１和Ａ０的值来选择输入通道（例如０００选中通道０），置低ＷＲ引脚开始启动ＡＤ转换。

在ＡＤ转换期间，ＢＵＳＹ引脚输出低电平并保持到转换结束，转换完成后ＢＵＳＹ引脚输出变为高电平，在ＤＢ１１－ＤＢ０上输出１２位有效数据，等待处理器读取，一次转换完成。

ＢＵＳＹ引脚的上升沿可以锁存１２位转换数据。

需要注意的是在ＡＤ转换之后，当ＲＤ和ＣＳ变为高电平之后，Ａ１和Ａ０脚应保持低电平，否则ＡＤＳ７８５２将进入掉电模式。

２．２ＡＤＳ７８５２芯片的应用图１为ＡＤＳ７８５２与ＡＴ８９Ｃ５２和ＴＣＤ２９０１Ｄ的连接图。

ＴＣＤ２９０１Ｄ是东芝公司的一款彩色线阵ＣＣＤ。

物体在该ＣＣＤ中成像后，分别从ＯＳ１、ＯＳ２和ＯＳ３等３个管脚输出，３个输出管脚分别对应可见光的红、绿、蓝三种颜色的亮度。

每种颜色都有１０５５０个像素。

两个ＣＣＤ共占用了ＡＤＳ７８５２的６路模拟输入，分别被转换为数字信号后进行分析处理。

由于ＡＤＳ７８５２是１２位输出，而ＡＴ８９Ｃ５２的数据线只有８位，所以ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ０口只与ＡＤＳ７８５２的低８位数据（ＤＢ０￣ＤＢ７）相连。

ＡＤＳ７８５２的高４位（ＤＢ８￣ＤＢ１１）通过锁存器７４ＬＳ５７３与ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１口低４位（Ｐ１．０￣Ｐ１．３）相连。

这样，当Ａ／Ｄ转换结束刘艳玉：讲师河北省科技厅基金资助，基金号：０５２１３５７８２００－－邮局订阅号：８２－９４６３６０元／年技术创新电子设计《ＰＬＣ技术应用２００例》您的论文得到两院院士关注ＡＴ８９Ｃ５２读取转换结果时，数据的低８位（ＤＢ０￣ＤＢ７）被直接读入ＡＴ８９Ｃ５２内部，而在ＲＤ信号的上升沿，数据的高４位（ＤＢ８￣ＤＢ１１）被７４ＬＳ５７３锁存在ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１口低４位（Ｐ１．０￣Ｐ１．３），等待被读取。

之所以把Ｐ２．７和ＲＤ通过或非门连接７４ＬＳ５７３的Ｃ端，主要是防止ＡＴ８９Ｃ５２在读取其他模块时出现误操作。

ＡＬＥ可以直接作为ＡＤＳ７８５２的时钟，其频率为外接晶振的６分之１。

ＡＤＳ７８５２的ＢＵＳＹ信号与ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１．７连接，在Ａ／Ｄ转换结束后，可以通知ＡＴ８９Ｃ５２及时读取数据。

图１ＡＤＳ７８５２与ＡＴ８９Ｃ５２和ＴＣＤ２９０１Ｄ３ＡＤＳ７８５２在双目测距中的应用３．１双目测距原理如图２所示。

Ｘ０Ｙ为测量坐标系，Ⅰ和Ⅱ是两个线阵ＣＣＤ，其光芯分别为Ｏ１和Ｏ２，Ａ和Ｂ分别为两个ＣＣＤ光轴与其成像面的交点，其光轴与Ｘ轴的夹角均为θ。

Ｐ为被测点，其在两个ＣＣＤ上的成像点分别为Ｐ１和Ｐ２。

设Ｏ１Ａ＝Ｏ２Ｂ＝ｆ，ＡＰ１＝ｘ１（Ｐ１位于Ａ点左面为负，右面为正），ＢＰ２＝ｘ２（Ｐ２位于Ｂ点左面为负，右面为正），０Ｏ１＝０Ｏ２＝Ｌ，则直线Ｏ１Ｐ１在Ｘ０Ｙ坐标系下的方程为（１）直线则直线Ｏ２Ｐ２在Ｘ０Ｙ坐标系下的方程为（２）联立式（１）和（２）可以得到Ｐ点的ｙ坐标为（３）ｙ即为所求距离。

图２双目测距原理图图３系统组成框图３．２系统组成如图３所示。

图中激光发生器发出的激光打在被测物体上产生光斑（图中黑色部分），光斑在ＣＣＤ上成像。

由于激光光斑不是一个点，而是一个圆，在线阵ＣＣＤ的成像是一条直线。

调整两个ＣＣＤ的位置与角度，可以使成像直线对应于光斑圆的直径。

ＣＣＤ各像素的灰度值以周期性正脉冲的形式输出图像。

像素的位置与输出时间成正比，像素的灰度与输出电压成正比。

其波形如图４所示。

图中所绘为一个周期的信号，横轴为时间，脉冲周期Ｔ与ＣＣＤ的总像素数相对应。

由于激光光斑具有较高的亮度，所以图中的正脉冲即为激光光斑的成像输出。

纵轴为电压，幅度与ＣＣＤ中各像素点的亮度成正比。

因为每种颜色的输出原理都是相同的，所以我们以后只讨论一种颜色。

因为光斑在ＣＣＤ上的成像不是一个点，所以无法由式（３）求出距离。

为此需要找出光斑中的同一点分别在ＣＣＤ１和ＣＣＤ２中的成像点，即立体匹配。

因此需要采用ＡＤＳ７８５２在８９Ｃ５１的控制下对两个ＣＣＤ的输出信号进行采集处理。

然后由显示器进行显示。

键盘用于控制或必要的参数输入。

３．３立体匹配如果被测表面是一个朗伯表面，根据朗伯定理可知被测表面某点在ＣＣＤ上成像点的亮度只与被测表11cos sin sin cos x L yf x f x q q q q+=-+--22cos sin sin cos x L yf x f x q q q q-=+-+2122212212(sin cos )(sin cos )2sin cos ()()(sin cos )f x f x Ly f x x f x x q q q q q q q q -+=++--２０１－－技术创新中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００６年第２２卷第４－２期３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》电子设计面本身的形状和光源的位置有关，而与ＣＣＤ的位置和角度无关。

所以光斑中的一点在两个ＣＣＤ上的成像点，应具有相同的亮度。

设两个ＣＣＤ的输出的亮度分别为Ｂ１（ｔ）和Ｂ２（ｔ）。

其中Ｂ１（ｔ）为激光光斑在ＣＣＤ１中成像点的亮度电压值，Ｂ２（ｔ）为光斑在ＣＣＤ２中成像点的亮度电压值。

图４ＣＣＤ输出信号波形立体匹配问题变为已知ｔ１（可据此求出式３中ｘ１）时刻ＣＣＤ１的输出Ｂ１（ｔ１），求其在ＣＣＤ２输出中的对应时刻ｔ２（可据此求出式３中ｘ２）。

若ＣＣＤ的输出信号都是单调的，根据朗伯定理，可以根据下式确定ｔ２。

Ｂ１（ｔ１）＝Ｂ２（ｔ２）（４）但实际问题中式（４）往往不是单调的，可能有多个解也可能没有解。

所以需要确定一个合适的ｔ１使式（４）具有唯一解。

一般情况下，特殊点比较容易找到对应关系。

所以可以先求解Ｂ１（ｔ）和Ｂ２（ｔ）中的特殊点，如起点（从零开始上升为正值的点）、终点（从正值开始下降为零的点）和极值点等。

根据朗伯定理可知Ｂ１（ｔ）和Ｂ２（ｔ）中的特殊点应该具有对应关系。

即起点对应起点，终点对应终点，第ｋ个极值点对应第ｋ个极值点。

经过Ａ／Ｄ转换之后，输出信号被变为一系列离散点。

求解起点、终点和极值点在数学上很容易实现，这里不再赘述。

设在一个ＣＣＤ输出周期内，采样点数目为Ｍ，Ｂ１（ｉ）为ＣＣＤ１的第ｉ个采样点值，Ｂ２（ｊ）为ＣＣＤ２的第ｊ个采样点值。

其中ｉ＜＝Ｍ，ｊ＜＝Ｍ。

根据朗伯定理Ｂ１（ｉ）和Ｂ２（ｊ）如果匹配，则其灰度值必然相等。

但是由于系统存在误差和干扰，实际中对应点的灰度值不一定相同。

可以规定一个阈值，当待匹配点的差值小于阈值时，即可认为匹配成功。

为了使立体匹配更加可靠，本文采用以局部几何形状为依据进行立体匹配。

即ＣＣＤ１和ＣＣＤ２中局部几何形状相同的点视为匹配点。

匹配时把待匹配点前后各取若干点同时进行匹配，采用最小二乘法，即取各对应点差的平方和来衡量局部几何形状的差异。

设各对应点差的平方和为Ｙ（５）其中Ｙｉｊ为点Ｂ１（ｉ）和Ｂ２（ｊ）进行匹配时的Ｙ值，Ｃ为匹配点前后各增加的点的数量。

同样规定一个阈值，若Ｙ值小于此阈值认为点Ｂ１（ｉ）和Ｂ２（ｊ）的局部几何形状相同，匹配成功。