【转载】摄像头检测图像的硬件二值化设计

天翊

黑白图像检测的硬件设计  

1.1电源提供。

                                                

图6： CCD的D12V电源电压源

   因为小车的电池电压为7.2V，而CCD摄像头的工作电压为12V，故需要利用芯片搭建升压电路，如图6所示。

1.2视频信号行场同步信号分离。

图7：视频信号行场同步信号分离电路

1.3行视频信号数字化。

图8：片外AD转换电路

1.3.3基于电压比较器的硬件二值。

    以上两种方法最后得到的都是图像的灰度数据，能够比较逼真地反应CCD所见情景。但是由于大赛中，赛道仅由黑白两色组成（如图9），所以即使是灰度数据，我们最后处理时也一般要在软件上进行二值化将图像分割成黑白二色图片。所以，我们可以考虑直接用硬件进行图像二值化，将视频信号转换为一组方波信号，然后直接输入到一位I/O口中，对这一位的端口进行读取，高电平表示1，低电平表示0。

1.3.3.1硬件二值电路

    在软件上对灰度图片进行黑白分割时，有两种方法：

    固定阈值法，即高于此阈值电压，即认为是1，否则是0，然后再通过软件进行黑线边缘检测。

   直接通过边沿跳变法来检测黑线边缘，即两个相邻点之间灰度值相差一定时，表示到了黑线边缘。

   以上两种方法都能通过电压比较器电路实现。分别如图10和图11。

图9：智能车赛道色彩构成

图10：固定参考电压二值电路

图11：边沿检测的二值电路

采用固定参考电压的二值电路设计起来比较简单，对参考阈值电压调结也比较方便－只需调结一个电位器阻值即可（为系统增加一个LCD，可直接在调结电位器后采集到的图像），故具有一定的场地适应性。但在实际使用过程中，我们发现采用固定参考电压的二值电路在CCD视野比较远时，仍然会出现图像无法分割的现象，此时该方法不再适用，故可以考虑采用边沿检测的二值电路。边沿检测二值电路中，将原始视频信号和滞后处理的视频信号输入到电压比较器两端，在视频信号跳变边沿会在两路输入产生幅度差（如图12），然后当幅度相差到一定程度（由滞回电路控制）时，电压比较器输出端便发生电平翻转，最后以方波形式输出视频信号（如图13，注：第一个低电平区为行同步区，第二个为黑线区）。

1.3.3.2电路中元件参数的整定。

    首先我们对一般的RC电路的时间常数进行了解，如下面所陈述：

图14：普通的RC电路

                                                   

电压上升幅度和上升时间（滞后时间）对应关系如下：

T(/RC)	1	2	3	4	5
UC/US	0.632	0.865	0.95	0.98	0.993

表一：滞后时间表

    黑线的视频信号时间为3~4µs（R2=1.3K）

图15：赛道中央黑线产生的视频信号

    一般为了获得两组视频信号在同样的时间轴点时获得最大的电压差，就要求，滞后信号尽量滞后。 但也不能太滞后。比如以下情况：(R2=6.4k)

图16：当R2比较大时的滞后输出信号

    下面是几张不同滞后电阻时的视频信号输出图：

                     

图17：电路在不同滞后电阻下的输出波形

    那么我们计算出一个大致R2 的参考值。

    我们要求在黑线区，滞后信号时间刚好为一个黑线视频信号的时间，也就是大概3~4µs，在保证在下一次上升沿到来前已经达低谷，以保证上升沿的电压差。

    如表一，大概 t=3~5倍RC,我们就可以认为电压已经到了最值。那么，要求滞后视频信号能在T0 = 3～5个RC内能够达到最值，而T0<3~4&micro;s.大致算一下：

3*10-6 ＝ 4*R2*510*10-12

   得到R2=1.47K 能在3&micro;s时间后，电压达到 原始跳变点的0.98

   得到R2=1.96K 能在4&micro;s（刚好是一个近处的黑线视频信号的宽度）时间后，电压达到原始跳变点的0.98

    所以，一般 R2就取其中的某个值。在实际中，配合LCD，调节R2电位器，结果发现R2=1.85K时有比较好的效果，符合理论计算结果。

   关于R4参数的确定方法。参考：http://www.elecfans.com/article/90/150/2009/2009050756701.html

图18：滞回电压比较器I/O电压图

    滞回电压Vh ＝ R4/ (R4+R5) * (Vo_max - Vo_min)

    因为黑线边缘产生约400mV跳变(由示波器上很容易看出),

    所以,滞回电压选择为100-400mV

    实验中,将R4设置为4.5K,产生215mV的滞回电压,一方面能比较好的搞干扰,一方面,使黑线不至于过细。

   

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村雨

要什么来什么呀，必须顶~！

天翊

村雨 发表于 2014-8-6 13:39
要什么来什么呀，必须顶~！

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