智能车模拟摄像头图像采集方法详解

sailming

近几天看到论坛里有很多网友遇到CCD图像采集的麻烦，我在最开始的时候也为这个烦恼过，由于本人比较菜，在度过大概半个月的绝望日夜后，在刚准备放弃时突然发现我已经采集到正确的图像了。特再次分享，希望能解决大家当前遇到的麻烦。
      在采集图像之前，我们首先要知道摄像头输出信号的特性。目前的模拟摄像头一般都是PAL制式的，输出的信号由复合同步信号，复合消隐信号和视频信号。其中的视频信号才是真正的图像信号，对于黑白摄像头，图像越黑，电压越低，图像越白，电压越高。而复合同步信号是控制电视机的电子枪对电子的偏转的，复合消隐信号是在图像换行和换场时电子枪回扫时不发射电子。由于人眼看到的图像大于等于24Hz时人才不会觉得图像闪烁，所以PAL制式输出的图像是25Hz，即每秒钟有25幅画面，说的专业点就是每秒25帧，其中每一帧有625行。但由于在早期电子技术还不发达时，电源不稳定，容易对电视信号进行干扰，而交流电源是50Hz所以，为了和电网兼容，同时由于25Hz时图像不稳定，所以后来工程师们把一副图像分成两场显示，对于一幅画面，一共有625行，但是电子枪先扫描奇数场1，3，5.....，然后再扫描2,4,6.....，所以这样的话，一副图像就变成了隔行扫描，每秒钟就有50场了。其中具体的细节请参考这个网站
电视原理与系统
http://courseware.ecnudec.com/zsb/zjx/zjx09/zjx090000.htm
只用看前面的黑白全电视信号和PAL制式就可以了（当然如果感兴趣可以全部看完）。

     通过上面的内容如果你对PAL制式信号了然于心，那么就可以开始图像的采集了，PAL输出的信号有复合同步信号，复合消隐信号和视频信号。那么我们首先就是要从这三种信号中分理出复合同步信号，复合消隐信号和视频信号，以便我们对AD采样到的值进行存储，从而形成一幅画面。具体如何分离，我们使用的是LM1881视频同步分离器件，具体的硬件连接请参看论坛内相关文章（论坛里有介绍LM1881的文章，自己搜吧，我不重复了）。
   分离出行场同步，奇偶场信号后，就把他们接到单片机的外部中断口，产生中断，在中断服务程序中对AD采集到的数据进行图像存储，从而形成一个二维数组的数字图像。
   下面就说说图像采集方案，方法有多种，但我使用的方案是在行终端中读取AD采样的灰度值，在场同步中交换图像采集和处理缓存指针，并对图像进行处理，然后控制小车，在主函数中只有初始化和键盘扫描和串口输出函数。这样做效率比较高，而且可以把调试和图像采集处理分开，变成起来比较方便。
   大家遇到的还有一个很棘手的问题可能是AD采样频率该设置多大呢？建议大家先通过PLLL超频，然后把AD时钟频率设置的高点才行。
下面就把我的代码贴给大家看看吧。









void vPLLInit(void)//锁相环初始化
{                                  //BUS-CLOCK=PLL-CLOCK/2=32M
   REFDV = 1;  // set the REFDV register 16M*2*(3+1)/(1+1)=64M
   SYNR =3;    // set the SYNR register to give us a 64 MHz PLL-clock.
    asm nop    // nops required for PLL stability.
    asm nop
    asm nop
    asm nop
   while ((CRGFLG&0x08)==0); // wait here till the PLL is locked.
   CLKSEL|=0x80;             // switch the bus clock to the PLL.
}
设置总线时钟为32M

void vECTInit(void)//定时器初始化
{
  TIOS =0x00;    //设为输入捕捉
  TSCR1=0x80;    //定时器使能
  TSCR2=0x83;    //允许定时器溢出中断，定时器时钟32M/(2^3)=4M
  TCTL4=0xAA;    //触发电平:下降沿
  TIE  =0x07;    //开中断
  TFLG1=0xFF;    //清除中断标志
}

输入捕捉的1，2通道接行场中断。

void vADInit(void)//AD转换初始化程序
{
//ATD1设置
//上电，标志位快速清零，忽略外部触发，执行一次停止，中断禁止。
  ATD1CTL2  = (ATD1CTL2_AFFC_MASK | ATD1CTL2_ADPU_MASK);

//转换序列长度为1，FIFO模式，Freeze模式下继续转换。|ATD0CTL3_FIFO_MASK
  ATD1CTL3  = (ATD1CTL3_S1C_MASK);

//8位精度，2AD采样周期，采样长度8。
//ATDClock=[BusClock*0.5]/[PRS+1]  ; PRS=15, divider=32
  ATD1CTL4  =(ATD1CTL4_SRES8_MASK|ATD1CTL4_PRS0_MASK);
   
//右对齐无符号，扫描模式连续采样，单通道采样//多通道采样|ATD0CTL5_MULT_MASK。
  ATD1CTL5  = (ATD1CTL5_DJM_MASK|ATD1CTL5_SCAN_MASK);

//禁止数字输入缓冲
ATD1DIEN=0x00;
}

ATD1的0通道用于AD转换

下面是真正的图像采集程序  
//当前采样图像的行和列。
unsigned int ui_SampleRow=0,ui_SampleColumn=0;

//图像数据缓存
unsigned char uca_Buffer1[IMAGE_ROW][IMAGE_COLUMN];
unsigned char uca_Buffer2[IMAGE_ROW][IMAGE_COLUMN];

//指向当前采集数据采样缓存首地址的指针
unsigned char *puca_BufferSample=&uca_Buffer1[0][0];
//指向当前处理数据采样缓存首地址的指针
unsigned char *puca_BufferProcess=&uca_Buffer2[0][0];

//用于图像采集和处理交换缓存。（注意：在每次交换指针后保证puca_BufferTemp与puca_BufferSample相同）
unsigned char *puca_BufferTemp=&uca_Buffer1[0][0];

#pragma CODE_SEG NON_BANKED
//输入捕捉2通道中断函数，行同步 ,用于数据采集。
void interrupt 10 vIC2ISR(void)   
{
  unsigned char ucTemp;
  unsigned char *pucTemp;
  TFLG1_C2F=1;
  
  if(ui_SampleRow>=SAMP_ROW_START&&ui_SampleRow<SAMP_ROW_MAX)
  {
    if(ui_SampleRow%SAMP_ROW_SEP==0)
    {
      for(ui_SampleColumn=0;ui_SampleColumn<SAMP_COL_MAX;ui_SampleColumn++)
      {
        while(!ATD1STAT1_CCF0);
        if(ui_SampleColumn>=SAMP_COL_START)
        {
          if(ui_SampleColumn%SAMP_COL_SEP==0)
          {
            pucTemp=puca_BufferSample
              +((ui_SampleRow-SAMP_ROW_START)/SAMP_ROW_SEP)*IMAGE_COLUMN
              +(ui_SampleColumn-SAMP_COL_START)/SAMP_COL_SEP;
            *pucTemp=ATD1DR0L;
          }
        }
      }
    }
  }
  ucTemp=ATD1DR0L;
  ui_SampleRow++;               //采样行坐标加一。
}
//输入捕捉1通道中断函数，场同步，交换缓存以及图像处理和模型车控制。
void interrupt 9 vIC1ISR(void)   
{     
  TFLG1_C1F=1;
  ui_SampleRow=0;               //把采样行坐标清零。
  ui_SampleColumn=0;

//交换图像采集和处理缓存
  puca_BufferSample=puca_BufferProcess;
  puca_BufferProcess=puca_BufferTemp;
  puca_BufferTemp=puca_BufferSample;
  
//系统时间加一。
  ul_SystemTime+=1;
  
//开中断，允许行信号中断进行采样。
  EnableInterrupts;
   
  if(uc_CarState==STATE_START)
  {
//    PORTB_BIT1=1;
   //分析图像，获取路径参数，根据路径参数控制模型车。。
    vImageProcess();
   
    //根据路径参数控制模型车。
    vAutoControl();
//    PORTB_BIT1=0;
  }
}


下面是我的小车程序，其中AD，输入捕捉和PLL初始化函数在Drives.c中，图像采集在Interrupts.c中。