摄像头图像采集模块讲解.docx

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同一学校同一组别单片机型号不同

摄像头组小车构成框图
需要视频分离
模拟摄像头
最小系统
单片机
电源：
DC3.3V
DC5V

舵机
电机
舵机电源
电机驱动
输出调试
模块
输入调试
模块
测速模块
摄像头
I/O
ECT
I/O
或
AD
I/O
PWM
&I/O
PWM
&I/O

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。

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