摄像头图像采集模块讲解共31页

一、 智能车制作路线图

二、 摄像头组小车构成框图

三、 智能车摄像头类型 图像传感器根据感光原理可以分为CCD 图像传感器和CMOS 图像传感器。根据信号输出形式又可以分为模拟信号输出与数字信号输出。下面分别就图像传感器的这几种类型进行简单的讨论。 其摄像头的分类和大概的优缺点如上图所示，CCD 摄像头的优点是图像质量高，动态性能好。缺点是素元颗粒大，体积大，能耗高（往往需要12VDC 升压电路），需要外围电路控制，且无法和外围信号处理电路集成。但是因其成像质量较CMOS 好的原因，高端照相机，摄像机等对图像质量要求较高的设备往往使用CCD 图像传感器。 CMOS 的缺点是图像质量较CCD 差，动态性能不如CCD 。但CMOS 的优点是像素元颗粒小，体积也小，像素阵列可以和信号处理器集成在一起，由于集成了内部信号处理器，所以可以设置参数，故CMOS 芯片一般可以直接同步输出数字信号和时序信号。 CMOS 图像传感器的图像质量虽然较CCD 的差，但是并没有影响到智能车的控制或者说没有严重到不可克服的程度。而通过上文介绍，我们知道

CMOS 传感器相较于CCD 有着以下的优点： CMOS 图像传感器功耗小，一般只需5V 电压即可工作，甚至有3.3V 型

号，相较与CCD 的12V 电压需求相比，CMOS 传感器的电源与系统大多数芯

选择比赛组别选择主控单片机 购买相应配件 机械+硬件设计 软件设计与调试 25%半路跳

摄像头 16位32位冷火32位同一学校

同一组别单片机型号不同需要视频分离

模拟摄像头 最小系统

单片机 电源：

DC

3.3V 舵机电电机

驱输出调试

输入调试 模块

I/O ECT

I/O I/O PWM &I/O PWM &I/O

片和控制电路相兼容，无需额外升压电路，采用CMOS简化了电路，提高了可靠性。

四、摄像头信号转化有很多种方案

方案一：

采用单片机的AD口，读取图像数据。这个方案的优点是外接电路简单。缺点是受到单片机AD转换速率的影响，读取的数据慢，而且数据错误率较高，同时严重的占用单片机的资源，导致程序运行慢等的缺点。一般单片机超频到64M下，一行采集大概是80个点。其精度对于图像的分析是不够的，特别是前瞻50cm以后的信号。所以一般刚刚接触摄像头的选手会选择此方案。但是稍微要提高车子的速度，该方案有很大的局限。所以我们手创科技不推荐选手选择此方案。

方案二：

采用片外AD芯片，例如是高速AD转换芯片：TLC5511。其优点是转化速率快，能够实现比较准确的数据转换。但其缺点是外围电路比较复杂，同时占用8个单片机IO口，成本比较高等。从对图像的黑线提取的角度考虑，比较难实现动态阀值（动态阀值提取黑线的具体原理，下面会介绍）。TLC5511电路图如下图说明：

方案三：

采用高速比较器，例如是高速比较器AD8032，（我们试验LM393也可以达到此效果）。通过选择合适的电压作为比较器的参考电压，把图像信号转化为高低电平信号，其输出信号直接接到单片机的IO口，可以读取到图像信号，一般可得到黑线为1，白板为0的图像信号，（或者是黑线为0，

白板为1的图像信息）。

此方案优点是数据转化速率快，若输出信号接单片机低位的IO口，同

时单片机超频到64M和使用指针程序，一行可以采集到250个点。同时能够实现准确的数据转换（几乎不会出错）。其精度对于图像的分析是够的，一般在光线均匀和参考电压合理的前提下，最远处的黑线信号可以采集到

4-5个点。

此方案缺点是参考电压固定不变，若不经过其他电路或者软件处理，

很难实现动态阀值，所以导致图像信号受环境光线强度的影响。造成车子的环境适应能力很差，特别是当车跑的快时，容易丢失信号，造成车子未能正确识别路径。所以此方案虽然有很大的优点，但也有其比较致命的缺点。

手创科技团队根据以上三种方案的分析，决定充分利用方案三的优点，同时解决了方案三的缺点，提出了方案四，方案四是在方案三的基础上改进的，并且把方案四的技术集成到手创科技团队开发的摄像头，该摄像头输出行中断信号，场中断信号，图像黑线和白板的高低电平信号（这里是通过电路实现的，输出的电平信号可以直接接单片机任意的一个IO口，都可以读取图像信息）。

方案四：？？

采用高速比较器，例如是高速比较器AD8032，（我们试验LM393也可以达到此效果）。通过镜像电路，得出与原图像信号相反的电压信号作为比较器的参考电压，（也就是按照我们人的思维，当摄像头输出电压比较高的白板时，我们希望找到一个比这个白板的电压低很多的电压值作为比较

器的参考电压，同时若摄像头输出电压比较低的黑线时，我们希望找到一个比这个黑线的电压高很多的电压值作为比较器的参考电压，这样的话，我们就能够确保比较器输出的信号是准确的。把原始的图像信号镜像后作为比较器的参考电压，刚刚好符合这个人的思维）把图像信号转化为高低电平信号，其输出信号直接接到单片机的IO口，就可以读取到图像信号，一般可得到黑线为1，白板为0的图像信号，（或者是黑线为0，白板为1的图像信息）。

此方案优点是数据转化速率快，若输出信号接单片机低位的IO口，同

时单片机超频到64M和使用指针程序，一行可以采集到250左右个点。同时能够实现准确的数据转换（出错率小于0.1%）。同时当环境光线变化时，本摄像头因给比较器的参考电压相对空间比较大（也就是白板给的电压比较低，黑线给的电压比较高），所以环境变化造成的信号变化，对本摄像头的影响很小，单片机不用采用任何处理，一般光线在比较大的范围内变化，最远处的黑线信号都可以采集到4-5个点，其精度对于图像的分析是

绝对够的，同时也能确保在不同光线的环境下，也能输出正确的黑线信号。所以采用此方案，在调整好相对镜像电压后，选手不必担心光线不均匀对车子的影响，甚至不用但光线对车子的影响。（当然这里要说明的是，任何技术都是在一定范围内实现的，也就是说本摄像头虽然环境适应能力强，但是也不是万能的摄像头，选手不要误会我们的摄像头能够识别晚上黑暗和太阳光下的环境。明确的说明，我们的摄像头做不到这样。我们摄像头是在一定光线强度下，能够比较强的适应环境的变化。）

此方案缺点：由于镜像电路需要响应时间（镜像电路的工作频率