MT9M011圖像數(shù)據(jù)采集 - 數(shù)字式CMOS攝像頭在智能車(chē)中的應(yīng)用

　　3．2．2 MT9M011圖像數(shù)據(jù)采集

　　受限于單片機(jī)時(shí)鐘的約束關(guān)系，HCSl2的通用I／O口無(wú)法檢測(cè)攝像頭像素時(shí)鐘信號(hào)跳變，本文采取以固定周期采集一行數(shù)據(jù)的方法。因此，采集像素?cái)?shù)據(jù)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確地采集幀有效信號(hào)的上升沿和行有效信號(hào)的上升沿。選用的方案是：使用HCSl2單片機(jī)的ECT模塊采集幀有效信號(hào)的上升沿，使用ECT模塊普通端口模式采集行有效信號(hào)的上升沿。

　　采集對(duì)象要求縱、橫分辨率都不能過(guò)低，而HCSl2內(nèi)部存儲(chǔ)空間有限，無(wú)法為高分辨率提供有利支持。針對(duì)這一矛盾，利用一個(gè)像素

　　與其周?chē)c(diǎn)的值的關(guān)聯(lián)性，以及攝像頭所具有的隔行和隔列輸出功能進(jìn)行跳采集。確定了1 280x 480的分辨率和行列均跳4行采集的模式，

　　同時(shí)軟件上再進(jìn)行一次隔行采集，最終可得80×60=4 800個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)的流程如圖4所示。

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　　3．2．3 采集圖像時(shí)遇到的問(wèn)題及解決方法

　　(1)攝像頭晶振的選擇

　　MT9M011晶振的選擇是一個(gè)很重要的問(wèn)題，如果一幀圖像的時(shí)間超過(guò)20 ms，就無(wú)法體現(xiàn)它的主要優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，也要考慮到HCSl2單片機(jī)的限制，HCSl2的總線頻率最大可達(dá)到32 MHz，而在此條件下如果MT9M011的晶振選取過(guò)大，則每一行采集到的點(diǎn)數(shù)過(guò)少。

　　通過(guò)式(1)可計(jì)算出MT9M011輸出一幀圖像所需的時(shí)間：

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　　式中：ColNum+HBlanking和RowNum+VBlanking分別表示包含空白數(shù)據(jù)的總列數(shù)和總行數(shù)；fcamera表示攝像頭晶振頻率，在一幀圖像大小已經(jīng)確定的情況下，該值越大則一幀時(shí)間越短。

　　通過(guò)式(2)可計(jì)算出單片機(jī)一行采集像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)：

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　　式中：RowPixNum表示一行能采集到的數(shù)據(jù)；ColNum表示每一行中輸出的像素?cái)?shù)據(jù)個(gè)數(shù)；Tcamera是攝像頭晶振，fcamera的倒數(shù)；Cycle表示一個(gè)采集周期使用的機(jī)器周期數(shù)，在整個(gè)采集過(guò)程中固定不變的；fbus表示單片機(jī)的總線周期。從式(2)可知，在fbus一定的情況下，camera越小，則一行采集到的數(shù)據(jù)就越少，這樣不利于數(shù)據(jù)分析。

　　綜合考慮，最終確定使用8 MHz的晶振作為MT9M011的時(shí)鐘，而采用16 MHz晶振作為HCSl2的時(shí)鐘，單行采集80個(gè)點(diǎn)，可滿足路徑識(shí)別的需要。

　　(2)攝像頭曝光時(shí)間和增益的設(shè)置問(wèn)題MT9M011是一款RGB三基色的彩色攝像頭，采集到的數(shù)據(jù)為Bayer彩色格式。由于提取的是賽道上的黑線信息，圖像環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單，因此這里直接將每一個(gè)分量的值作為該點(diǎn)像素的灰度值處理。

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　　如圖5(a)所示，在使用默認(rèn)曝光時(shí)間和增益時(shí)采集得到的圖像有明顯的隔行噪聲效應(yīng)，而且在一行間也有明顯的干擾噪聲存在。這是因?yàn)橥还庠磳?duì)于RGB三種分量所體現(xiàn)出的數(shù)值不同，直接將其當(dāng)作灰度值處理會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)的圖像不均勻、噪聲大的現(xiàn)象。解決辦法是通過(guò)多次

　　實(shí)踐調(diào)整攝像頭的曝光時(shí)間和RGB每個(gè)分量的增益值，使3個(gè)分量在同一光源下反應(yīng)出的數(shù)值基本一致。經(jīng)過(guò)調(diào)整后得到的圖像如圖5(b)所示。

　　4 數(shù)字式CMOS攝像頭與模擬攝像頭比較

　　數(shù)字式CMOS攝像頭MT9M011最大的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約時(shí)間。選用合適的晶振及圖像大小能將整個(gè)小車(chē)控制周期限制在20ms左右。筆者曾經(jīng)做過(guò)實(shí)驗(yàn)，選用20MHz的晶振作為攝像頭時(shí)鐘，將單片機(jī)倍頻到32 MHz。在這種條件下，一個(gè)控制周期的反應(yīng)時(shí)間甚至能縮短到4ms左右，與模擬攝像頭的40 ms一幀圖像相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。MT9M011的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是圖像大小可以任意設(shè)置，因此筆者可以軟件調(diào)整圖像的大小和視野的高度，且MT9M011與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，很大程度上減輕了硬件負(fù)擔(dān)。

　　MT9M011在智能車(chē)比賽應(yīng)用中也具有一些缺點(diǎn)。它不能自動(dòng)適應(yīng)各種光源，需要人工進(jìn)行調(diào)整；同時(shí)，它的動(dòng)態(tài)特性不如CCD攝像頭好，這點(diǎn)可以通過(guò)提高攝像頭晶振時(shí)鐘來(lái)縮短采集周期解決。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹了數(shù)字式CMOS攝像頭MT9MOll在基于HCSl2單片機(jī)的智能車(chē)中的應(yīng)用，并針對(duì)數(shù)字?jǐn)z像頭與模擬攝像頭的各自特點(diǎn)進(jìn)行了比較。實(shí)踐表明，選用數(shù)字式CMOS攝像頭作為智能車(chē)路徑識(shí)別傳感器是可行的。

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