DSP5416水表號碼圖像采集系統(tǒng)

1引言
　　隨著科學(xué)研究對圖像采集的要求日益提高，對號碼圖像采集系統(tǒng)的存儲(chǔ)量、速度都提出了越來越高的技術(shù)要求。為了實(shí)現(xiàn)號碼圖像的自動(dòng)讀取， 以前采用CCD圖像傳感器加顯示器推出新型高集成視頻解碼/解交織和縮放系統(tǒng)方案 href=“http://www.ednchina.com/ART_1813_16_NT_2b22dcd6.HTM”》視頻解碼芯片SA7113實(shí)現(xiàn)號碼圖像的采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存器FIFO后存入外擴(kuò)的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中， 圖像的截取是通過可編程邏輯器件CPLD來實(shí)現(xiàn)的［1］［2］。雖然該種方法實(shí)現(xiàn)了圖像的截取，但硬件電路復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)成本。本文使用的信號處理器TMS320VC5416的片上程序存儲(chǔ)器ROM為16K，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM為128K，而一幅640*480的灰度圖像就有300K左右，顯然處理器的存儲(chǔ)容量不夠。因此本文針對這種情況采用具有圖像截取功能的CMOS數(shù)字圖像傳感器OV7620，取代CCD模擬傳感器加視頻解碼芯片SA7113，簡化了硬件電路，解決了信號處理器TMS320VC5416的存儲(chǔ)容量有限的問題。
　　2系統(tǒng)采集方案的確定
　　號碼圖像采集的方法有一種是采用CCD圖像傳感器加視頻解碼芯片，從CCD攝像頭出來的視頻模擬信號需經(jīng)過視頻解碼器轉(zhuǎn)換為視頻數(shù)字信號，再經(jīng)過先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO緩存，最后通過可編程邏輯器件CPLD進(jìn)行圖像截取才能進(jìn)入信號處理器（DSP）處理。由于DSP的控制能力比較差，本身的通用I/O口少，而對視頻解碼器的控制是通過內(nèi)置的I2C總線來實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)對視頻解碼器的控制，I2C總線是用單片機(jī)的P1口模擬完成對視頻解碼器的初始化，雖然這種方案實(shí)現(xiàn)了號碼采集，但硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
　　TMS320VC5416最大允許訪問的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為128K，而一幅640*480的灰度圖像就需要大約300K的存儲(chǔ)空間，因此系統(tǒng)針對信號處理器的TMS320VC5416存儲(chǔ)容量有限的特點(diǎn)，選擇了內(nèi)部集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D且具有圖像開窗功能的CMOS圖像傳感器OV7620。這種傳感器具有內(nèi)部默認(rèn)工作模式和I2C總線模式，為實(shí)現(xiàn)圖像截取功能，將TMS320VC5416的主機(jī)接口HPI改為通用I/O口，分別用HD2和HD3模擬I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL進(jìn)行I2C總線的設(shè)置。通過設(shè)置OV7620內(nèi)部各個(gè)寄存器實(shí)現(xiàn)開窗等
　　一系列功能，將感興趣的圖像截取出來，數(shù)據(jù)輸出只采集OV7620低8位（Y7-Y0）亮度數(shù)據(jù)，減少了TMS320VC5416的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量和處理量，節(jié)省了TMS320VC5416的存儲(chǔ)空間。
　　3 采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　3.1號碼圖像采集系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
　　如圖1所示，該號碼圖像采集系統(tǒng)是由CMOS圖像傳感器OV7620，信號處理器TMS320VC5416及數(shù)據(jù)隔離器74LVCH16245A三部分組成。
　　
　　這里主要介紹圖像傳感器的確定和圖像采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，系統(tǒng)采用CMOS數(shù)字圖像傳感器OV7620采集水表號碼，存入TMS320VC5416內(nèi)部的RAM中，在OV7620與TMS320VC5416之間采用菲利普公司的74LVCH16245A作為數(shù)據(jù)隔離芯片。用TMS320VC5416的HD2和HD3分別模擬數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL， 即在硬件電路上保證圖像傳感器工作在I2C總線格式，在軟件上系統(tǒng)將TMS320VC5416的HP0改為通用I/O口作為水表號碼采集的使能。當(dāng)/1OE為低電平時(shí)，74LVCH16245A將數(shù)據(jù)通道打開，TMS320VC5416開始接收數(shù)據(jù)從而系統(tǒng)完成水表號碼的采集工作。
　　3.2圖像傳感器OV7620
　　由圖2所示，圖像傳感器OV7620內(nèi)部集成了行列選擇電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、視頻時(shí)序產(chǎn)生電路等，并可與I2C總線接口。大大簡化了其外圍電路設(shè)計(jì)，外圍電路僅有石英晶體和一些電阻、電容等元器件組成。OV7620的開窗特征允許用戶根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置有效圖像數(shù)據(jù)窗口的大小。其范圍從4×2到664×492，并且該窗口能夠被置于664×492邊界范圍內(nèi)的任何位置，同時(shí)窗口大小的變化不會(huì)改變輸出數(shù)據(jù)速率和幀速，它僅僅是通過調(diào)整行頻參考信號的有效時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。在速度方面可通過設(shè)置寄存器11（時(shí)鐘速率控制）改變采集速度，降低采集速度可為識別處理水表號碼提供時(shí)間，這對于系統(tǒng)采集有效數(shù)據(jù)以及提高系統(tǒng)性能等方面都起到了很大幫助，因此系統(tǒng)選用了具有圖像截取功能的CMOS數(shù)字圖像傳感器OV7620。