FIFO芯片和单片机实现的图像采集系统

　　在单片机应用系统中，由于图像采集速度、程序存储器和数据存储器的寻址空间的限制，要完整存储30 fps、640×480像素大小的一幅图像是相当困难的。本文运用较高性能的16位飞思卡尔单片机在超高频的情况下直接采集图像，也只能采集到每行320个像素，丢失图像，无法获得一幅完整的图像。本文通过在图像采集过程中增加FIFO芯片AL422B较好地解决了这一问题，相对于采用昂贵的DSP而言，降低了图像采集系统的成本。

　　1 单目点光源测距原理

　　野外作业时，需要在运动中知道前方标杆和观察点之间的距离。本文将标杆制成等间距红外点光源标杆，满足了基于单帧静态图像的小孔成像原理测距模型要求，减少了图像处理量，提高了测量的实时性、全天候性。H为各点光源标杆的实际距离;n为点光源个数，它可以通过图像处理获得;f为摄像头焦距;标尺实际像素物理距离h由摄像头标定取得。远距离测距原理示意图如图1所示，整条点光源标杆都在摄像头视野范围内。近距离测距原理示意图如图2所示，点光源标杆只有部分在摄像头范围内。通过图1,可求出前方标杆与观察点的距离D.摄像机的成像几何关系也可用小孔成像原理来近似表示：

　　

 

　　

 

　　

 

　　2 图像采集系统硬件设计

　　根据单目视觉测距的要求，需要通过一黑白摄像头实时采集前车的点光源标杆，通过标尺上点光源所在的像素距离推算出前车距离。为了能完整地读取图像，本文增加了FIFO芯片，图像采集原理示意图如图3所示。由单片机监测摄像头的行/场信号，控制FIFO读取相应的图像;读完所有行后，关闭FIFO读取图像功能，开始由单片机从FIFO中读取图像数据，并进行相应的图像处理，根据图像处理的复杂程度，决定图像处理和图像采集的时间比。由于FIFO是先入先出，其读取数据时单片机只需通过中断使能行/场信号，绝大部分时间单片机可以用来进行图像处理。本文采取的是采集一帧图像后，单片机利用两帧图像的空闲时间和下一帧FIFO采集时间，共约3帧时间进行图像处理和控制，其结果是图像由原来的30 fps,变成10fps.尽管帧率慢了，但经过分析得知，在100 km/h情况下，滞后距离2.8 m,可以满足要求。

　　

 

　　2.1 飞思卡尔16位单片机MC9S12DG128

　　本文采用飞思卡尔1 6位单片机MC9S12DG128作为主控芯片，该芯片是Freescale公司推出的S12系列微控制器中的一款增强型、汽车级的16位微控制器，片内总线时钟频率最高可达25 MHz,集成了8 KB的RAM、128KB的Flash、2 KB的EEPROM,集成度高，资源也相当丰富。

　　2.2 摄像头芯片OV7670

　　OV7670是OmniVision公司推出的Camerachiptm图像传感器，体积小，工作电压低。VGA图像最高达到30fps.其主要特性为：

　　◆感光阵列(共有656×488个像素，在YUV的模式中有效像素为640×480个);

　　◆高灵敏度适合低照度应用，对红外光线敏感;

　　◆标准的SCCB接口，兼容I2C总线接口;

　　◆RawRGB、RGB(GRB4:2:2,RGB565/555/444)、YUV(4:2:2)和YCbCr(4:2:2)输出格式;

　　◆支持VGA、CIF和从CIF到40×30的各种尺寸。