一种基于C51单片机的图像采集处理系
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K ey wor ds：ｓｅｎｓｏｒ，ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ，ＭＣＵ
引言
数字图像采集与处理由于其大数据量通常采用 ＤＳＰ 等高速处理器来实现。在某些领域比如纺织机械丝 线识别，水表读数等方面图像实时性的要求并没有那么 高，因此，本文采用 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 这一 Ｃ５１ 系列低速单片 机作为控制器进行图像的采集和处理，并通过 ＲＳ２３２ 把采集的数据发送到 ＰＣ 进行处理生成 ＢＭＰ 图片。
（４）
P(G) = G(i,i)
（５）
P(B) = [ B(i,j-1) + B(i,j+1))/ 2
（６）
式中，i = 2*m + 1 (1≤m≤ROW/2-2)，
j = 2*n (1≤n≤COL/2-1)，
COL=640，ROW=480
式（１）￣ 式（３）实现的是奇数 Ｒｏｗ 的 B 分量像素
点的 ＲＧＢ 插值，式（４）￣ 式（６）实现的是奇数 Ｒｏｗ 的
２ 图像采集处理系统软件设计
２．１ 下位机 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 端程序设计 摄像头数据的采集起始控制、传输以及摄像头寄
存器配置的通道是上位机 ＰＣ 端的 ＲＳ２３２ 和下位机 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 的 ＵＡＲＴ。系统设计了起始控制命令和寄 存器配置命令两种串口通信协议。通信协议见表 １。
表 １ 串口通信协议
ＡＬ４２２Ｂ 这个先进先出的 ＤＲＡＭ 数据存储器主 要用于存放完整的一帧 ＯＶ７６７０ 输出的图像数据。 ＡＬ４２２Ｂ 有 ３８４ＫＢｙｔｅｓ 的存储空间，支持 ＶＧＡ，ＣＣＩＲ， ＮＴＳＣ，ＰＡＬ 等视频格式的分辨率大小［５］。ＡＬ４２２Ｂ 还提 供了读写复位，读写时钟引脚。因此在设计硬件系统 过程中，由 ＯＶ７６７０ 的像素信号输出时钟 ＰＣＬＫ 作为 ＡＬ４２２Ｂ 的写输入时钟，由 Ｃ５１ 单片机的通用 ＩＯ 提 供读时钟。
Abstr act：This paper introduces the hardware and software design of OV7670 CMOS sensor based on C51 MCU with low cost and simple method. The FIFO memory is used to reduce the haredware design complexity and solve the problem of low memory capacity and slow speed IO of C51. The raw data from the sensor is collected by the firmware which also provides the funcation of setting the registers of OV7670. Addtionly, the host progame is also designed, which provids the funcation of colecting data, displaying and saving the image, sensor registers configuration, image resolution adjustment.
设置等参数修改的功能。
关键词：传感器，图像采集，插值，单片机
中图分类号：ＴＮ９１１．７３
来自百度文库
文献标识码：Ａ
Design of a I mage Acquisition and Processing System Based on C51 MCU
ＲＥＮ Ｚｈｉ－ｍｉｎ
（Department of Electromechanical Engineering，Changzhou Textile Garment Institute，Changzhou 213164，China）
ＰＣ 端上位机程序主要设计了数据显示功能，保 存图片，配置寄存器参数等功能。程序从串口读取图 像数据，在接收完整一帧数据后处理并显示、保存。 ＰＣ 端程序主要实现的一 个算法是 ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ ｔｏ ｒｇｂ２４。为了获得 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 数据，下位机程序默认配 置 ＯＶ７６７０ 输出模式为 ＶＧＡ（６４０×４８０），ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格 式，每一帧数据的 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式如图 ４ 所示。
参考文献：
［１］ 李德明，韩 剑，江国强． 基于 ＯＶ７６７０ 的图像采集及显示 系统设计［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１０，３１（８）：３０－３３．
［２］ ｃｍｕｃａｍ４． Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ＣｙＬａｂ Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ［ＥＢ／ＯＬ］． ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｍｕｃａｍ．ｏｒｇ， ２０１２－０２．
（2）
P(B) = B(i,i)
（3）
式中，i = 2*m + 1 (1≤m≤ROW/2-2)，
j = 2*n + 1 (1≤n≤COL/2-1)，
图 ６ 奇数行像素点 G(i,j)插值
要实现 G（i,j）－＞P（R,G,B）的插值，则，
P(R) = [R(i-1,j) + R(i+1,j-1)] / 2
第 ２６ 卷 第 ３ 期 文章编号：１００３－５８５０（２０１３）０３－００５７－０３
电脑开发与应用
（总 ０２１９） ·５７·
一种基于 C51 单片机的图像采集处理系统设计
任志敏
（常州纺织服装职业技术学院机电工程系，江苏 常州 ２１３１６４）
摘 要：为了实现一种简单、低成本的复合图像传感器系统，设计了一种在 Ｃ５１ 单片机控制平台上采集处理
G 分量像素点的 ＲＧＢ 插值。
偶数行的插值与奇数行类似，不再赘述。
３ 结束语
采用基本感光元件 ＯＶ７６７０，ＦＩＦＯ 存储芯片，低 速的 Ｃ５１ 系列单片机，少量外围电路设计了图像数 据采集、处理并显示保存的图像处理的软硬件系统。 在 ＰＣ 端程序实现了 ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ ｔｏ ｒｇｂ２４ 的插值算 法。本文为在低速、低价 ＭＣＵ 平台上处理大容量图 像数据提供了一种可选的方案。
ＯＶ７６７０ 是由 Ｏｍｎｉｖｉｓｉｏｎ 公司生产的图像感光元 件，其主要提供了 Ｄ０￣Ｄ７ 八个数字像素输出信号， ＶＳＹＮＣ 帧同步信号，ＨＲＥＦ 行同步信号，ＰＣＬＫ 像素 同步信号，ＳＣＣＢ 总线（ＳＤＡ，ＳＣＬ）寄存器配置信号， ＸＣＬＫ 工作时钟信号等引脚。在 ＸＣＬＫ 引脚上设计了 一个 ２４Ｍ 的有源晶振作为 ＯＶ７６７０ 工作的时钟信 号。ＳＣＣＢ 总线与 Ｉ２Ｃ 总线类似，因此，在 ＳＤＡ 和 ＳＣＬ 引脚设计了 ２ 个 １０ Ｋ 的上拉电阻与 Ｃ５１ 单片机的 ２ 个通用 ＩＯ 相连，利用 Ｃ５１ 单片机通用 ＩＯ 模拟 ＳＣＣＢ 总线协议的方式配置摄像头的不同图像数据格式输 出、分辨率调整、自动曝光控制、自动增益控制、自动 白平衡以及饱和度、亮度、对比度等参数。ＯＶ７６７０ 支 持 ＲＧＢ 或 ＹＵＶ 的不同图像数据格式输出，支持 ＶＧＡ（６４０×４８０），ＱＶＧＡ（３２０×２４０）等图像分辨率［３］。
ＯＶ７６７０ 感光元件数据的嵌入式视觉系统。在硬件设计方面，采用先进先出存储器最大限度降低了硬件设计复杂度，解
决了低价格 ＭＣＵ 内存小、速度相对慢的问题。在软件设计方面，ＭＣＵ 下位机程序实现了图像数据采集、ＯＶ７６７０ 寄存器
配置，并通过 ＵＡＲＴ 输出图像数据。ＰＣ 端上位机程序实现了图像数据的获取、显示和保存，ＯＶ７６７０ 寄存器配置，分辨率
为了保证采集完整的一帧数据，必须要做到帧同 步和行同步，ＯＶ７６７０ 的控制信号输出时序图如图 ２ 所示。
图 ２ ＯＶ７６７０ 输出时序图
因此，系统把 ＶＳＹＮＣ 连接到 Ｃ５１ 单片机的外部 中断上，通过下降沿中断开始一帧的采集，保证帧开
始同步。系统在 Ｃ５１ 的一个通用 ＩＯ 设计了一个启动 写入 ＡＬ４２２Ｂ 的信号与行同步型号 ＨＲＥＦ 共同作为 一个与非门的输入连接到 ＡＬ４２２Ｂ 的 ＷＥ 引脚控制 ＡＬ４２２Ｂ 的写入，写入一帧信号后，在 ＶＳＹＮＣ 的下一 个下降沿关闭写入信号，从而保证了 ＡＬ４２２Ｂ 存放了 完整的一帧信号。
图 １ Ｃ５１ 图像采集处理系统整体框图
＊ 收稿日期：２０１２－１１－２３，修回日期：２０１３－０２－０３ ＊＊ 作者简介：任志敏，男，１９８１ 年生，讲师，硕士研究生，研究方向：机器视觉，嵌入式系统。
·５８· （总 ０２２０）
一种基于 Ｃ５１ 单片机的图像采集处理系统设计
２０１３ 年第 ３ 期
整个系统由 ＯＶ７６７０ 感光元件，先进先出存储器 ＡＬ４２２Ｂ，ＳＴＣ８９Ｃ５２ 单片机，以及其他外围电路构成， 系统通过 ＵＡＲＴ 接口输出数据，接受命令，并预留了 ＳＤ 卡和 ＴＦＴＬＣＤ 接口。
命令功能
命令格式
采集起始控制
Ｒ
配置寄存器
寄存器号，寄存器值
下位机程序的流程图如图 ３ 所示。
图 ３ 下位机程序流程图
在系统初始化后，默认配置 ＯＶ７６７０ 寄存器是 ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式的 ＶＧＡ 输出模式，接下来就是等 待上位机发出采集命令或配置寄存器命令，若接收 到采集命令则在 ＶＳＹＮＣ 帧同步开始时启动一帧采 集，开始往 ＡＬ４２２Ｂ 写入数据，在外部中断检测到 ＶＳＹＮＣ 下一个下降沿的时候发出采集一帧结束标志 符，结束一帧数据写入。 ２．２ ＰＣ 端上位机程序设计
图 ５ 奇数行像素点 B（i,j）插值
要实现 B（i,j）－＞P（R,G,B）的插值，则，
P(R) = [R(i-1,j-1) + R(i-1,j+1) + R(i+1,j-1) +
R(i+1,j+1) ]/ 4
（1）
P(G) = [G(i-1,j) + G(i,j-1) + G(i,j+1) + G(i+1,j)] / 4
第 ２６ 卷 第 ３ 期
电脑开发与应用
（总 ０２２１） ·５９·
ＣＯＬ＝６４０，ＲＯＷ＝４８０ 奇数行 G（i,j）插值如图 ６ 所示。
图 ４ ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式
一帧分辨率为 ６４０×４８０ 的 ３０ 万像素的源数据 一共有 ４８０ 行，每一行的数据是 ６４０ 个像素点，每个 像素点输出 ＲＧＢ 里面的 １ 个分量值，由 ＢＧＧＲ 这种 组织方式构成的像素点称为 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式［６］。因此， 要组成 ２４ 位的真彩色显示，需要对 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 进行插 值运算，简言之补全某个像数点缺少的另外两个颜色 分量。例如，对于 B（１，１）这个像素点只有蓝色输出， 另外两个缺少的颜色分量就是红色 Ｒ 和绿色 Ｇ，一 种简单的插值算法是，红色 Ｒ 可以由 R（２，２）这个值 补充，绿色 Ｇ 可以由 G（１，２）和 G（２，１）两个值的平均 值补充，构成（１，１）这个像素点的 ＲＧＢ 三色分量值。 对于 R（２，２）这个像素点只有红色输出，另外两个缺 少的颜色分量就是蓝色 Ｂ 和绿色 Ｒ，蓝色 Ｂ 可以由 B （１，１）、B （１，３）、B （３，１）、B （３，３）这 个 ４ 个 值 的 平 均 值 补 充，绿色 Ｒ 可以由 G（１，２）、G（２，３）、G（３，２）、G（２，１）这 ４ 个 值的平均值补充。显然，缺失颜色分量补充与该像素 点所在的位置有关，因此，除了第 １ 行，第 ４８０ 行，第 １ 列，第 ６４０ 列的像素点插值需要单独处理以外，奇 数行的像素点 B（i,j）插值如图 ５ 所示。
１ 图像采集处理系统硬件设计
由于 Ｃ５１ 单片机的 ＲＡＭ 存储容量有限，而且受 到 Ｃ５１ 单片机的 ＩＯ 工作频率的限制，直接通过 Ｃ５１
单片机采集完整一帧的数字信号很难实现，因此，在 Ｃ５１ 单片机和数字摄像头之间加入一个先进先出存 储器［１￣２］，由 ＰＣ 端通过串口控制 Ｃ５１ 单片机启动采集 信号，采集一帧数据先放入存储器，然后单片机从存 储器读出数据并通过串口发送至 ＰＣ 显示。整体设计 框图如图 １ 所示。
ＳＴＣ８９Ｃ５２ 是一种低功耗 ８ 位基于 Ｃ５１ 内核的 微处理器，具有 ８ Ｋ 在系统可编程 ＦＬＡＳＨ 存储器， ５１２ 字节 ＲＡＭ，３２ 位通用 ＩＯ 接口，看门狗定时器，内 置 ４ ＫＢ ＥＥＰＲＯＭ，ＭＡＸ８１０ 复位电路，３ 个 １６ 位定时 器 ／ 计数器，一个 ６ 向量 ２ 级中断结构，一个全双工 串行口［４］。
引言
数字图像采集与处理由于其大数据量通常采用 ＤＳＰ 等高速处理器来实现。在某些领域比如纺织机械丝 线识别，水表读数等方面图像实时性的要求并没有那么 高，因此，本文采用 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 这一 Ｃ５１ 系列低速单片 机作为控制器进行图像的采集和处理，并通过 ＲＳ２３２ 把采集的数据发送到 ＰＣ 进行处理生成 ＢＭＰ 图片。
（４）
P(G) = G(i,i)
（５）
P(B) = [ B(i,j-1) + B(i,j+1))/ 2
（６）
式中，i = 2*m + 1 (1≤m≤ROW/2-2)，
j = 2*n (1≤n≤COL/2-1)，
COL=640，ROW=480
式（１）￣ 式（３）实现的是奇数 Ｒｏｗ 的 B 分量像素
点的 ＲＧＢ 插值，式（４）￣ 式（６）实现的是奇数 Ｒｏｗ 的
２ 图像采集处理系统软件设计
２．１ 下位机 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 端程序设计 摄像头数据的采集起始控制、传输以及摄像头寄
存器配置的通道是上位机 ＰＣ 端的 ＲＳ２３２ 和下位机 ＳＴＣ８９Ｃ５２ 的 ＵＡＲＴ。系统设计了起始控制命令和寄 存器配置命令两种串口通信协议。通信协议见表 １。
表 １ 串口通信协议
ＡＬ４２２Ｂ 这个先进先出的 ＤＲＡＭ 数据存储器主 要用于存放完整的一帧 ＯＶ７６７０ 输出的图像数据。 ＡＬ４２２Ｂ 有 ３８４ＫＢｙｔｅｓ 的存储空间，支持 ＶＧＡ，ＣＣＩＲ， ＮＴＳＣ，ＰＡＬ 等视频格式的分辨率大小［５］。ＡＬ４２２Ｂ 还提 供了读写复位，读写时钟引脚。因此在设计硬件系统 过程中，由 ＯＶ７６７０ 的像素信号输出时钟 ＰＣＬＫ 作为 ＡＬ４２２Ｂ 的写输入时钟，由 Ｃ５１ 单片机的通用 ＩＯ 提 供读时钟。
Abstr act：This paper introduces the hardware and software design of OV7670 CMOS sensor based on C51 MCU with low cost and simple method. The FIFO memory is used to reduce the haredware design complexity and solve the problem of low memory capacity and slow speed IO of C51. The raw data from the sensor is collected by the firmware which also provides the funcation of setting the registers of OV7670. Addtionly, the host progame is also designed, which provids the funcation of colecting data, displaying and saving the image, sensor registers configuration, image resolution adjustment.
设置等参数修改的功能。
关键词：传感器，图像采集，插值，单片机
中图分类号：ＴＮ９１１．７３
来自百度文库
文献标识码：Ａ
Design of a I mage Acquisition and Processing System Based on C51 MCU
ＲＥＮ Ｚｈｉ－ｍｉｎ
（Department of Electromechanical Engineering，Changzhou Textile Garment Institute，Changzhou 213164，China）
ＰＣ 端上位机程序主要设计了数据显示功能，保 存图片，配置寄存器参数等功能。程序从串口读取图 像数据，在接收完整一帧数据后处理并显示、保存。 ＰＣ 端程序主要实现的一 个算法是 ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ ｔｏ ｒｇｂ２４。为了获得 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 数据，下位机程序默认配 置 ＯＶ７６７０ 输出模式为 ＶＧＡ（６４０×４８０），ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格 式，每一帧数据的 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式如图 ４ 所示。
参考文献：
［１］ 李德明，韩 剑，江国强． 基于 ＯＶ７６７０ 的图像采集及显示 系统设计［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１０，３１（８）：３０－３３．
［２］ ｃｍｕｃａｍ４． Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ＣｙＬａｂ Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ［ＥＢ／ＯＬ］． ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｍｕｃａｍ．ｏｒｇ， ２０１２－０２．
（2）
P(B) = B(i,i)
（3）
式中，i = 2*m + 1 (1≤m≤ROW/2-2)，
j = 2*n + 1 (1≤n≤COL/2-1)，
图 ６ 奇数行像素点 G(i,j)插值
要实现 G（i,j）－＞P（R,G,B）的插值，则，
P(R) = [R(i-1,j) + R(i+1,j-1)] / 2
第 ２６ 卷 第 ３ 期 文章编号：１００３－５８５０（２０１３）０３－００５７－０３
电脑开发与应用
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一种基于 C51 单片机的图像采集处理系统设计
任志敏
（常州纺织服装职业技术学院机电工程系，江苏 常州 ２１３１６４）
摘 要：为了实现一种简单、低成本的复合图像传感器系统，设计了一种在 Ｃ５１ 单片机控制平台上采集处理
G 分量像素点的 ＲＧＢ 插值。
偶数行的插值与奇数行类似，不再赘述。
３ 结束语
采用基本感光元件 ＯＶ７６７０，ＦＩＦＯ 存储芯片，低 速的 Ｃ５１ 系列单片机，少量外围电路设计了图像数 据采集、处理并显示保存的图像处理的软硬件系统。 在 ＰＣ 端程序实现了 ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ ｔｏ ｒｇｂ２４ 的插值算 法。本文为在低速、低价 ＭＣＵ 平台上处理大容量图 像数据提供了一种可选的方案。
ＯＶ７６７０ 是由 Ｏｍｎｉｖｉｓｉｏｎ 公司生产的图像感光元 件，其主要提供了 Ｄ０￣Ｄ７ 八个数字像素输出信号， ＶＳＹＮＣ 帧同步信号，ＨＲＥＦ 行同步信号，ＰＣＬＫ 像素 同步信号，ＳＣＣＢ 总线（ＳＤＡ，ＳＣＬ）寄存器配置信号， ＸＣＬＫ 工作时钟信号等引脚。在 ＸＣＬＫ 引脚上设计了 一个 ２４Ｍ 的有源晶振作为 ＯＶ７６７０ 工作的时钟信 号。ＳＣＣＢ 总线与 Ｉ２Ｃ 总线类似，因此，在 ＳＤＡ 和 ＳＣＬ 引脚设计了 ２ 个 １０ Ｋ 的上拉电阻与 Ｃ５１ 单片机的 ２ 个通用 ＩＯ 相连，利用 Ｃ５１ 单片机通用 ＩＯ 模拟 ＳＣＣＢ 总线协议的方式配置摄像头的不同图像数据格式输 出、分辨率调整、自动曝光控制、自动增益控制、自动 白平衡以及饱和度、亮度、对比度等参数。ＯＶ７６７０ 支 持 ＲＧＢ 或 ＹＵＶ 的不同图像数据格式输出，支持 ＶＧＡ（６４０×４８０），ＱＶＧＡ（３２０×２４０）等图像分辨率［３］。
ＯＶ７６７０ 感光元件数据的嵌入式视觉系统。在硬件设计方面，采用先进先出存储器最大限度降低了硬件设计复杂度，解
决了低价格 ＭＣＵ 内存小、速度相对慢的问题。在软件设计方面，ＭＣＵ 下位机程序实现了图像数据采集、ＯＶ７６７０ 寄存器
配置，并通过 ＵＡＲＴ 输出图像数据。ＰＣ 端上位机程序实现了图像数据的获取、显示和保存，ＯＶ７６７０ 寄存器配置，分辨率
为了保证采集完整的一帧数据，必须要做到帧同 步和行同步，ＯＶ７６７０ 的控制信号输出时序图如图 ２ 所示。
图 ２ ＯＶ７６７０ 输出时序图
因此，系统把 ＶＳＹＮＣ 连接到 Ｃ５１ 单片机的外部 中断上，通过下降沿中断开始一帧的采集，保证帧开
始同步。系统在 Ｃ５１ 的一个通用 ＩＯ 设计了一个启动 写入 ＡＬ４２２Ｂ 的信号与行同步型号 ＨＲＥＦ 共同作为 一个与非门的输入连接到 ＡＬ４２２Ｂ 的 ＷＥ 引脚控制 ＡＬ４２２Ｂ 的写入，写入一帧信号后，在 ＶＳＹＮＣ 的下一 个下降沿关闭写入信号，从而保证了 ＡＬ４２２Ｂ 存放了 完整的一帧信号。
图 １ Ｃ５１ 图像采集处理系统整体框图
＊ 收稿日期：２０１２－１１－２３，修回日期：２０１３－０２－０３ ＊＊ 作者简介：任志敏，男，１９８１ 年生，讲师，硕士研究生，研究方向：机器视觉，嵌入式系统。
·５８· （总 ０２２０）
一种基于 Ｃ５１ 单片机的图像采集处理系统设计
２０１３ 年第 ３ 期
整个系统由 ＯＶ７６７０ 感光元件，先进先出存储器 ＡＬ４２２Ｂ，ＳＴＣ８９Ｃ５２ 单片机，以及其他外围电路构成， 系统通过 ＵＡＲＴ 接口输出数据，接受命令，并预留了 ＳＤ 卡和 ＴＦＴＬＣＤ 接口。
命令功能
命令格式
采集起始控制
Ｒ
配置寄存器
寄存器号，寄存器值
下位机程序的流程图如图 ３ 所示。
图 ３ 下位机程序流程图
在系统初始化后，默认配置 ＯＶ７６７０ 寄存器是 ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式的 ＶＧＡ 输出模式，接下来就是等 待上位机发出采集命令或配置寄存器命令，若接收 到采集命令则在 ＶＳＹＮＣ 帧同步开始时启动一帧采 集，开始往 ＡＬ４２２Ｂ 写入数据，在外部中断检测到 ＶＳＹＮＣ 下一个下降沿的时候发出采集一帧结束标志 符，结束一帧数据写入。 ２．２ ＰＣ 端上位机程序设计
图 ５ 奇数行像素点 B（i,j）插值
要实现 B（i,j）－＞P（R,G,B）的插值，则，
P(R) = [R(i-1,j-1) + R(i-1,j+1) + R(i+1,j-1) +
R(i+1,j+1) ]/ 4
（1）
P(G) = [G(i-1,j) + G(i,j-1) + G(i,j+1) + G(i+1,j)] / 4
第 ２６ 卷 第 ３ 期
电脑开发与应用
（总 ０２２１） ·５９·
ＣＯＬ＝６４０，ＲＯＷ＝４８０ 奇数行 G（i,j）插值如图 ６ 所示。
图 ４ ｒｇｂ ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式
一帧分辨率为 ６４０×４８０ 的 ３０ 万像素的源数据 一共有 ４８０ 行，每一行的数据是 ６４０ 个像素点，每个 像素点输出 ＲＧＢ 里面的 １ 个分量值，由 ＢＧＧＲ 这种 组织方式构成的像素点称为 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 格式［６］。因此， 要组成 ２４ 位的真彩色显示，需要对 ｒａｗ ｂａｙｅｒ 进行插 值运算，简言之补全某个像数点缺少的另外两个颜色 分量。例如，对于 B（１，１）这个像素点只有蓝色输出， 另外两个缺少的颜色分量就是红色 Ｒ 和绿色 Ｇ，一 种简单的插值算法是，红色 Ｒ 可以由 R（２，２）这个值 补充，绿色 Ｇ 可以由 G（１，２）和 G（２，１）两个值的平均 值补充，构成（１，１）这个像素点的 ＲＧＢ 三色分量值。 对于 R（２，２）这个像素点只有红色输出，另外两个缺 少的颜色分量就是蓝色 Ｂ 和绿色 Ｒ，蓝色 Ｂ 可以由 B （１，１）、B （１，３）、B （３，１）、B （３，３）这 个 ４ 个 值 的 平 均 值 补 充，绿色 Ｒ 可以由 G（１，２）、G（２，３）、G（３，２）、G（２，１）这 ４ 个 值的平均值补充。显然，缺失颜色分量补充与该像素 点所在的位置有关，因此，除了第 １ 行，第 ４８０ 行，第 １ 列，第 ６４０ 列的像素点插值需要单独处理以外，奇 数行的像素点 B（i,j）插值如图 ５ 所示。
１ 图像采集处理系统硬件设计
由于 Ｃ５１ 单片机的 ＲＡＭ 存储容量有限，而且受 到 Ｃ５１ 单片机的 ＩＯ 工作频率的限制，直接通过 Ｃ５１
单片机采集完整一帧的数字信号很难实现，因此，在 Ｃ５１ 单片机和数字摄像头之间加入一个先进先出存 储器［１￣２］，由 ＰＣ 端通过串口控制 Ｃ５１ 单片机启动采集 信号，采集一帧数据先放入存储器，然后单片机从存 储器读出数据并通过串口发送至 ＰＣ 显示。整体设计 框图如图 １ 所示。
ＳＴＣ８９Ｃ５２ 是一种低功耗 ８ 位基于 Ｃ５１ 内核的 微处理器，具有 ８ Ｋ 在系统可编程 ＦＬＡＳＨ 存储器， ５１２ 字节 ＲＡＭ，３２ 位通用 ＩＯ 接口，看门狗定时器，内 置 ４ ＫＢ ＥＥＰＲＯＭ，ＭＡＸ８１０ 复位电路，３ 个 １６ 位定时 器 ／ 计数器，一个 ６ 向量 ２ 级中断结构，一个全双工 串行口［４］。