- 基于FPGA和CCD的导盲系统的设计和实现

TCD1209D的原理结构如图 4所示。系统采用TCD1209D两相单沟道型线阵CCD图像传感器，它具有速度快、灵敏度高、动态范围宽、像敏单元不均匀性好、功耗低、光谱响应范围宽等优点。TCD1209D的驱动电路由FPGA产生转移脉冲SH、驱动脉冲1和2、复位脉冲RS、缓冲控制脉冲CP等5路脉冲驱动。

图4 TCD1209D的原理结构

SH为高电平时，1也必须为高电平，同时令SH的下降沿落在1的高电平上，这样才能保证光敏区的信号电荷并行地向模拟寄存器的1电极转移。完成信号电荷的并行转移后，SH变为低电平，光敏区与模拟移位寄存器被隔离。在光敏区进行光积累的同时，模拟移位寄存器在驱动脉冲1和2的作用下，将转移到模拟移位寄存器的1电极里的信号电荷向左转移，在输出端得到被光强调制的序列脉冲输出——OS端信号。[2]

2.2 软件设计

软件设计流程如图5所示。

为了系统能够识别前方路面障碍物信息，首先需要确定参照物，其他一切信息与参照物信息比对，确定相关算法识别出障碍物信息，然后转换为语音信号提示。本设计采用实时扫描路面灰度值作为参照，每隔10 s设定一次路面灰度值，通过CCD采集斜前方平面区域图像，转换为灰度信息与路面灰度作比较。如果相同，即认为是路面，不再作信息处理；如果不同，需计算不同灰度信息到摄像平面的距离。相同即认为影子等因素不影响行走；如果不同，则利用语音提示相关蜂鸣器报警。

图5 软件设计流程

在上述过程中，关键技术点在于两路CCD信号相同灰度区域到摄像平面的距离测定。A和B代表左右两路灰度曲线，每读入一路信号的2帧，即左右2个CCD信号在同一时刻对同一目标所成的灰度图象。先对2帧图像各自求取质心，找出匹配的有效数据段，分别取以A、B中的一帧质心为起点，取两个不同长度的像素段作为特征匹配窗口，对另一帧进行匹配。利用归一化最大相关系数作为匹配位置搜索判据，求得匹配位置差X1和X2，比较X1和X2，如果其差在3个像素内，则认为有效，输出一次视差X=(X1+X2)/2，最后将每5次有效信号作平均，求出位移差。[3]

结语

经实验初步验证，在佩戴者移动速度和障碍物速度不是很快的时候（<3 m/s），由于速度引起的CCD拖影问题影响甚微，该系统能够基本达到导盲目的。虽然导盲效果还不太理想，但该系统已验证了双目视觉测距技术在导盲系统中应用的可行性。随着相关技术的发展，双目CCD结构能更好地计算实物在空间中的三维信息，识别实物特征信息，再加入GPS导航等功能，该类导盲设备会有广泛的应用前景。

参考文献
[1] 赵家良.扎实高效地做好防盲治盲工作[J].中华眼科杂志，1999（33）：464466.
[2] 王庆友.图像传感器应用技术[M].北京：电子工业出版社，2003.
[3] 叶伟强.双目视差数字式测距仪信号处理系统[D].天津：天津大学，2007.