基于CMOS图像传感器的嵌入式机器视觉系统设计

基于CMOS图像传感器的嵌入式机器视觉系统设计

第１２卷第３期

２０１０年６月

黄山学院学报

Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

Ｖ０１．１２，ＮＯ．３

ＨｕａｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｊｕｎ．２０１０

基于ＣＭＯＳ图像传感器的嵌入式机器视觉系统设计

汪丽华 ，吴维嘉１申兴发ｚ

（１．黄山学院信息工程学院，安徽黄山２４５０２１；２．杭州电子科技大学计算机学院，浙江杭州３１００１８）

摘要：针对现在视频监控系统的低成本、低功耗等要求，以ＡｔＬＭ７一ＴＤＭＩ和ＣＭＯＳ图像传感器为核心并配上外围电路实现图像采集功能，再通过ＵＳＢ２．０接口实现高速图像数据传输，最后通过ＳＤ卡接口存储图像数据或者上位机图像显示软件实现图像数据的实时显示。实验表明，该嵌入式机器视觉系统能够实现实时图像采集功能，而且成本较低，功耗较小，满足安全监控系统的需求。

关键词：ＡＲＭ７一ＴＤＭＩ；ＣＭＯＳ；ＵＳＢ２．０；图像采集中图分类号：ＴＰ２７４．２

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２—４４７Ｘ（２０１０１０３—００２５—０３

理等功能，系统结构紧凑，功能强大。能够监测高对

０引

言

比度的环境区域、颜色识别以及节点定位跟踪，同

时还能输出不同格式的视频和图像到计算机进行

ＣＭＯＳ

ｒＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ

Ｏｘｉｄｅ

Ｓｅｍｉｃｏｎ－

额外的数据处理，系统结构如图１所示。

ｄｕｃｔｏｒ）图像传感器具有体积小、成本低、可靠性高等

特点，在智能交通、安全监控、计算机视觉等领域应用广泛。本文设计的嵌入式机器视觉系统【ｌ】采用ＡＲＭ７一ＴＤＭＩ为内核的ＬＰＣ２１０６作为主控芯片．ＣＭＯＳ图像采集控制器ＯＶ６６２０进行图像采集，存储量为１ＭＢ的ＡＬ４Ｖ８Ｍ４４０作为图像数据的缓冲区ＦＩＦＯ，ＣＨ３４０作为高速ＵＳＢ串行图像数据传输。

图１系统结构图

１

系统设计方案

２系统硬件设计

本系统由ＡＲＭ７一ＴＤＭＩ为内核的ＬＰＣ２１０６，闼通

过ＬＰＣ２１０６的通用Ｉ／０（ＧＰＩＯ）模拟串行摄像头控制

基于ＣＭＯＳ图像传感器的嵌入式机器视觉系统硬件架构由３个主要部分组成：１个ＣＭＯＳ图像采集芯片、１个帧缓冲器ＦＩＦＯ明和１个ＡＲＭ微控制器。翻系统硬件设计具体可分为ＡＲＭ与ＣＭＯＳ图像传感器的接口、ＡＲＭ与ＳＤ卡接口和ＵＳＢ转串口部分。

２．１

总线（ＳＣＣＢ）协议来控制０Ｖ６６２０的功能寄存器，使

用ＩＪＰＣ２１０６的３个中断引脚弓１入０Ｖ６６２０的图像输出同步信号ＶＳＹＮＣ、ＨＳＹＮＣ、ＰＣＬＫ，ｐ】以中断方式同步输出８位ＲＧＢ图像数据。或通过ＳＤ卡提取图像数据。该图像采集系统仅通过ＡＲＭ芯片就实现

ＡＲＭ与ＣＭＯＳ图像传感器的接口

ＡＲＭ与ＣＭＯＳ图像传感器之间的接口电路设计

了对０Ｖ６６２０的功能控制、时序同步、数据采集与处

收稿日期：２０１０—０１—１１

基金项目：国家自然科学基金资助（６０８０３１２６）；黄山学院科研基金资助（２０１０ｘｋｊ０１０）

作者简介：汪丽隼（１９８３一），安徽安庆人，黄山学院信息工程学院教师，硕士，研究方向为无线传感器网络、智能控制。

万方数据

基于CMOS图像传感器的嵌入式机器视觉系统设计

ＬＭＸＲＡ‘ＯＣＳＩＳＭ

．２６．

黄山学院学报２０１０生

部分由３个芯片ＬＰＣ２１０６、ＯＶ６６２０和ＡＬ４Ｖ８Ｍ４４０

之间的连接组成，如图２所示。

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ＡＲＭ与ＣＭＯＳ接口的硬件结构框图

ＬＰＣ２１０６是ＮＸＰ公司生产的３２位微处理器。

具有高性能和低功耗等特性。该处理器可通过片上启动引导程序实现在系统编程和在应用编程。其Ｐｏ

口是一个３２位的双向输入输出端口。且每一位拥有各自独立的方向控制。本系统利用ＬＰＣ２１０６的通用输入输出接口（ＧＰＩＯ）来设计并模拟ＳＣＣＢ总线协议，以设置ＯＶ６６２０的功能寄存器，并设计采用ＬＰＣ２１０６的３个中断口引入ＯＶ６６２０的图像输出同

步信号ＶＳＹＮＣ、ＨＳＹＮＣ、ＰＣＬＫ，通过中断方式输出

同步８位ＲＧＢ图像数据。

ＯＶ６６２０是ＣＭＯＳ彩色图像传感器，【司支持连续和隔行２种扫描方式，ＣＩＦ与ＱＣＩＦ２种图像输出格式，最高像素为３５２ｘ２８８，帧速率为２６ｆｐｓ，数据格式包括ＹＵＶ、ＹＣ尤ｂ和ＲＧＢ３种，能够满足一般图像采集系统的要求。

ＡＬ４Ｖ８Ｍ４４０为ＦＩＦＯ存储器，其存储容量大小

为１ＭＢ。作用是对ＣＭＯＳ传感器所采集的图像数据进行缓存，调节ＡＲＭ同ＣＭＯＳ之间速度的差异，以采集到完整图像。

２．２

ＡＲＭ与ＳＤ卡接口

为了永久保存视频传感器网络节点采集的图

像数据，本部分设计采用拓展ＳＤ卡来实现该功能，ＳＤ卡支持ＳＰＩ和ＢＵＳ两种接口模式。本平台采用ＳＰＩ接口模式，ＳＤ卡的ＤＡＴ０接到ＭＩＳＯ，ＣＬＫ（时钟

万方数据

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图３ＡＲＭ与ＳＤ卡接口图

２．３

ＵＳＢ转串口接口

本系统设计采用ＵＳＢ转串口控制芯片ＣＨ３４０。

ＣＨ３４０是ＵＳＢ总线转换芯片，用能够把ＴＴＬ信号转成ＵＳＢ信号。ＣＨ３４０可实现把ＡＲＭ７ＬＰＣ２１０６上

的吼信号转换成能被ＰＣ识别的ＲＳ２３２串口通信

信号。ＰＣ串行通信接口没必要用长的串口线（ＤＢ９）

相连，只需要采用普通的ＵＳＢ端口就可以实现高速

串行数据通信。ＵＳＢ转串口接口如图４所示。

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图４

ＵＳＢ转串口接口图

３系统软件设计

基于ＣＭＯＳ图像传感器的嵌入式机器视觉系

统软件设计包括以下两个部分。３．１图像数据采集与发送

图像采集芯片ＯＶ６６２０有４个同步信号：ＨＲＥＦ（水平同步信号）和ＰＣＬＫ（像素同步信号）。本

系统采用连续扫描方式，使用其中的ＶＳＹＮＣ、ＨＲＥＦ和ＰＣＬＫ３个同步信号。将ＬＰＣ２１０６的１个外部 …… 此处隐藏：4402字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……