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[其他] 【九九原创】智能车比赛中关于单片机图像采集方法的分析和展望

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发表于 2009-5-2 11:44:38 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 jjldc 于 2009-5-2 12:13 编辑

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智能车比赛中关于单片机图像采集方法的分析和展望

jjldc 九九 于2009年5月
本文为九九原创,转载请务必注明出处,谢谢

回顾

  智能车比赛至今已近开展了将近4年,取得了不小的成绩,期间关于摄像头图像采集的方法各式各样,百花齐放,我今天就来做个小小的总结吧:)
  在第一届比赛中,摄像头还是个稀奇的东西,当时比赛清一色光电管,很少有见到采用视频的。
清华的卓晴老师写了一篇《基于面阵CCD的赛道参数检测方法》应该是这方面的启蒙之作。在这一届比赛中,上交的《速度之星》给大家留下了深刻的印象,也使第二届比赛决赛阶段产生了摄像头方案一统江山的局面。九九原创 http://shop35388432.taobao.com

  在第二届比赛中,大量的采用摄像头小车出现,因为那上交的那份极其详细全面的技术报告,绝大多数队伍都使用了模拟摄像头+LM1881==>MCU A/D的方案,超频成为了那个时侯的流行。
  在第二届的决赛阶段,个人了解有两个学校提出了不同的技术方案,其一是华南理工的模拟摄像头+SAA7113视频解码+AL422B视频FIFO方案。另一种,就是九九(就是我)采用的OV7620数字摄像头+FIFO方案。这两个车在第二届比赛中都取得了较好的成绩,经受了实战的考验。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
  第三届比赛,进行了摄像头和光电管分组,在这一届比赛中,OV系列CMOS数字摄像头被大量的使用,但FIFO似乎用的不多,一般都是直接将 CMOS的Y口进单片机,连续采样,MCU速度越快,图像分辨率越高。其中,又出现了一个另类的技术方案,也在这里提一下,就是“某学校”的一MM,采用价格不菲的条码扫描振镜,进行赛道检测。在试车时,我在现场非常激动,以为我一直推崇的多摄像头方案终于有人做了!后来才明白,原来是这个高科技!利用激光和振镜扫描的原理,使这个小车在赛道分辨率和前瞻距离上,都远超光电管,接近摄像头;而利用规则的漏洞,他们属于光电管组~很不错!九九原创 http://shop35388432.taobao.com
  在第三届比赛中,还有一个亮点,就是上海大学的发烧友玩家做的“白骑士”,其终于提出CCD摄像头,“在运动条件下拍摄的图像画质明显高于CMOS摄像头”这一观点,并用实际表现证明了这一点。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
  根据多年制作和指导小车比赛的经验,也确实能够证明CCD在同样光线条件下,更佳的感光度,更少的图像噪声。目前智能车速度已经接近5m/s,在这个速度条件下,图像的清晰度已经是制约赛车进行  赛道识别的最大问题,大量的模糊图像很容易使图像算法得到错误的结果。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
  所以,在今年第四届比赛中,我预计将有大量队伍专用CCD摄像头,以满足小车在高速运动时图像模糊的致命弱点。

分析

下面,我简单分析下目前各视频采集方案的优劣:
1. 模拟摄像头(CCD和模拟CMOS)+ LM1881 ==》 MCU A/D
    这个方案应该说是最经典的方案,九九原创 http://shop35388432.taobao.com
    优点:成本低(LM1881只要10元,摄像头我这只要45元);方案实现简单(只需根据几个同步信号,开启AD连续采集即可);九九原创 http://shop35388432.taobao.com
    缺点:需要A/D速度支持,以获得高分辨率。A/D速度与MCU总线时钟有关,所以需要超频,但MCU稳定性必须牺牲。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
    改进:为提高图像采集的分辨率,有的队伍引入高速片外AD,效果也很不错,如上海大学白骑士,AD采用5510这类已足够,价格15元左右
2. 模拟摄像头(CCD和模拟CMOS) + SAA7113视频解码 + AL422B ==》 MCU IO
    这个方案个人所知只有第二届华南理工用过
    优点:经典的图像采集方案,为各视频采集卡和其他产品所应用,能完整采集整幅图像。
                摄像头兼容性好,可以随时更换更好的摄像头,获得更清晰图像,而采集部分软硬件不需要做太大改变九九原创 http://shop35388432.taobao.com
    缺点:方案复杂,涉及大量逻辑操作,一般用CPLD或FPGA配合。在智能车比赛中,规定不能使用可编程器件,使用74做逻辑功能,控制几个芯片较为复杂,体积、可靠性都很难保证,制作难度较大。
                涉及IIC操作,增加调试时间难度。
3. 数字摄像头(CMOS数字:OV7620等) ==》 MCU IO
    这个方案是网友们提出的,其监视数字摄像头的VSYN和HREF信号,每行开始时,连续读取MCU与CMOS连接的数据口Y口。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
    优点:数字摄像头方案,采集简单,无需A/D
    缺点:与模拟摄像头+AD类似,采集分辨率与MCU频率相关。数字摄像头信号输出频率可高达13.5MHz,没有DMA功能MCU从IO读信号再写入内存,速度跟不上,同样需要牺牲稳定性进行超频使用。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
                因为没有引入PCLK视频同步信号,直接采集CMOS数据口,有可能会采集到不稳定的数据(即CMOS数据口状态正在改变时)这一点可能造成严重的干扰
                CMOS模块性价比极低,CMOS芯片只需20-30元,售价200元
4. 数字摄像头(CMOS数字:OV7620等)+ FIFO ==》 MCU IO
   具体实现方案请看:http://blog.ednchina.com/jjldc/226336/message.aspx
   优点: 这个方案克服了方案3中MCU速度与CMOS不匹配的问题,采用FIFO作为缓冲,可以采集完整图像。图像采集分辨率与FIFO容量有关。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
   缺点:FIFO价格较高,特别是大容量。
                若使用视频FIFO,性价比较高,但同样有方案2中大量逻辑器件的问题。
                CMOS模块性价比极低,CMOS芯片只需20-30元,售价200元
5. 待补充

展望
在第四届小车比赛中,期待有更多精彩独特的方案登场。
本人预测,将有如下几个趋势,希望引起大家注意:

大量高速车采用CCD摄像头
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摄像头增加舵机能控制转向(包括左右转向和上下转向)
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很可能出现多摄像头方案

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发表于 2009-5-2 13:37:38 | 只看该作者
很强悍的总结!
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发表于 2009-5-2 21:37:02 | 只看该作者
楼主我来拜你。
在你那买的东西还没发,郁闷,他们五一放多久
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很好,非常有见解!
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本帖最后由 03040218 于 2009-5-3 11:54 编辑

支持一下

因为没有引入PCLK视频同步信号,直接采集CMOS数据口,有可能会采集到不稳定的数据(即CMOS数据口状态正在改变时)这一点可能造成严重的干扰

这点已经得到实践证明了 不会的
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 楼主| 发表于 2009-5-3 19:51:16 | 只看该作者
支持一下

因为没有引入PCLK视频同步信号,直接采集CMOS数据口,有可能会采集到不稳定的数据(即CMOS数据口状态正在改变时)这一点可能造成严重的干扰

这点已经得到实践证明了 不会的
03040218 发表于 2009-5-3 11:52



hi,
我也只是从理论上,认为这种情况是有可能存在的(也许只是很小的几率,小到可以忽略)
“可能造成严重的干扰” 今天思考了一下,应该是可能造成一定的影响
因为这个几率比较小 但不能完全排除
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 楼主| 发表于 2009-5-3 19:52:01 | 只看该作者
楼主我来拜你。
在你那买的东西还没发,郁闷,他们五一放多久
rayz82 发表于 2009-5-2 21:37


hi,今天终于发了,昨天打电话给快递说过来的,结果没来
不过今天没打电话,早早的他自己过来收了件
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发表于 2009-5-4 15:56:41 | 只看该作者
不错,好像搞这个的高手都开始卖东西了,哈哈
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发表于 2009-5-4 17:06:28 | 只看该作者
九九是很热心的朋友,技术也全面,总结得很好,其实每种方案都有优劣的一面.
大家要敢于创新,敢于尝试.
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很深奥,还要继续学习
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