OV7620攝像頭在飛思卡爾智能車中的應用

劉鵬鵬

摘 要："飛思卡爾"杯全國大學生智能車大賽是一項全國性賽事，要求參賽隊伍自主設計車輛，能盡可能快地在專門設計的跑道上自動識別道路行駛。路徑識別是智能車系統設計中最主要的模塊之一，該方案設計的情況，很大程度上影響著智能車的性能。本文從智能車控制系統基本方案入手，主要介紹OV7620攝像頭的應用方案，以及其優勢所在。

關鍵詞：智能車 OV7620攝像頭 應用

隨著現代技術的不斷發展，智能車在工業生產和日常生活中已經開始扮演越來越重要的角色，目前已經能夠實現在具有一定標記的道路上為司機提供輔助駕駛功能，甚至實現無人駕駛。智能車系統的設計以標準汽車為模型，集信息采集、數據處理和速度方向控制于一體。道路信息的采集對智能車的控制效果起著決定性的作用，不僅要保證賽道信息的準確性和可靠性，還要便于單片機的處理，提高智能車的機動性。本文以OV7620攝像頭為研究對象，通過了解該型攝像頭的工作原理，結合其信號特點進行采樣分析和中斷分析，介紹賽道信息的采集方案以及優缺點。

1 簡述智能車控制系統的基本方案

智能車系統各模塊連接如圖1.1所示：攝像頭傳感器拍攝賽道圖像并將圖像信息數字化，通過圖像信息處理獲取賽道信息，用于智能車的方向控制；通過光電編碼器檢測車速；經單片機對獲取的賽道信息和速度信息進行處理后，采用相應的控制算法實現對舵機和電機的控制，完成智能車方向控制和速度控制的良好配合，最終實現智能車在賽道上的穩定運行。

2 基于OV7620攝像頭的智能車賽道信息采集

2.1 OV7620攝像頭的工作原理

OV7620攝像頭的工作原理是：按一定的分辨率，對圖像上的像素點進行逐行掃描，并通過圖像傳感芯片將各像素點的亮度轉換成灰度值輸出，數值范圍在0—255之間，純黑為0，純白為255。

攝像頭連續地掃描圖像上的一行時會輸出一段方波信號，即像素中斷信號，該信號在高電平有效。在高電平期間，攝像頭會向8個輸出端口輸出由8位二進制表示的像素點灰度值，灰度值的變化反映了像素點的灰度變化。當掃描完一行時，行中斷信號就輸出一斷低電平作為行消隱信號，它是掃描換行的標志。然后繼續掃描新的一行，直到掃描完該場的視頻信號，接著在場信號會出現一段“凸槽”，該“凸槽”為場消隱信號，它是掃描換場的標志。場信號的下降沿標志著新的一場的到來。

2.2 采樣分析

OV7620攝像頭屬于CMOS攝像頭，輸出的是N制式的視頻信號，其一幅圖像包含240個圖像行，每行有320個點。對于智能車系統而言，由于受單片機內存和運算速度的限制，這么大解析度的圖像是無法處理的。為解決這個問題，采用DMA傳輸的方式，使采樣過程不用經過CPU，大大節省了CPU的開銷，保證賽道信息的完整性和系統控制的效率。

DMA又稱直接存儲器訪問，是所有現代電腦的重要特色，近幾年才廣泛應用于單片機中，這個技術的出現，使得外圍設備可以通過DMA控制器直接訪問內存，與此同時，CPU可以繼續執行程序；采用DMA傳輸的最大優勢還在于，OV7620攝像頭輸出的周期像素中斷信號可以用來觸發DMA中斷。當連接攝像頭像素信號的端口收到觸發信號時，DMA傳輸方式被觸發，傳輸一次像素點數值，如果定義傳輸次數為320，則可以一次性的傳輸一行的數據。

2.3 中斷分析

采樣過程中涉及到兩個中斷函數：場中斷函數、行中斷函數，對于中斷的編寫采用嵌套的方式，即進入場中斷函數后才使能行中斷。

采樣過程首先要識別場中斷信號，信號的下降沿會觸發場中斷進入場中斷函數，在函數中使能行中斷，盡管在進入場中斷函數之前一直有行中斷信號，但由于行中斷信號并沒有被使能，所以這段行中斷信號是無效的，無法進行數據的傳輸；當行中斷被使能后開始識別行中斷信號，行中斷信號是上升沿有效，上升沿會觸發行中斷進入行中斷函數，進入函數首先要判斷采集的行數是否是最后一行，如果是則表示該場的圖像信息已經采集完畢，此時需要禁止行中斷；將像素中斷信號用于觸發DMA中斷，在行中斷函數中實現該過程。

3 采用OV7620攝像頭的優缺點

攝像頭主要有CCD和COMS攝像頭兩種。CCD攝像頭需要12V的電源對它供電，發熱量和耗電量大，還需要專門的信號分離電路進行處理。而COMS攝像頭功耗較小，5伏供電即可工作，能與大部分的電源系統和控制電路相兼容，無需額外的升壓電路，另外CMOS攝像頭集成度較高，將信號處理電路集成在一起，如A/D電路，時序分離電路，使得CMOS攝像頭可以直接輸出并行數字信號與時序信號，使用和開發方便且信號穩定。但CMOS攝像頭相較而言，更易于受到外界環境光線的干擾，在采集原理上CCD更占優勢。

對于智能車系統，并不需要過高的采集速度，另外加入濾波算法后，圖像的噪點也在可以接受的范圍內，并且CMOS攝像頭使用方便，更適于嵌入式系統開發的特點。

參考文獻：

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[3] 梁相賓，基于攝像頭的自主循跡小車系統的設計，中國礦業大學學報，2010，5-6