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1、西南科技大学城市学院毕业论文（设计）论文题目：机器人视觉识别系统研究系别：机电工程系专业：自动化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 46 页毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：
2、指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解XX 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 46 页作者签名：日期：机器人视觉识别系统研究摘要现实生活和工业生产中，具有视觉识别系统的机器人的应用越来越多，本文目标是设计出一个基于嵌入式微处理器ARM
3、 （S3C2440）与CMOS构建的图像数据采集系统，完成高质量的图像数据采集功能及星形图形的识别。论文重点对图像数据采集系统总体方案进行了探索和设计，构造了一种基于ARM OV7725的图像采集系统方案，通过ARM 处理器、 OV7725图像传感器、及 LCD显示器构成整个图像采集系统的硬件部分，并通过相应的软件设计完成对整个系统的控制，最终实现图像数据采集和识别功能。关键词 :图像采集识别 ARM处理器 OV7725精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结
4、 - - - - - - -第 4 页，共 46 页Robot Vision Recognition System AbstractIn real life, and industrial production, a robot with a visual identification system used more and more and more, this goal is to design a microprocessor-based embedded ARM (S3C2440) and CMOS image data acquisition system built to com
5、plete the high-quality The image data acquisition and star identification graphics. Paper focuses on the general scheme of image data acquisition system are explored and the design, construction which is based on ARM + OV7725 image acquisition system, through the ARM processor, OV7725 image sensor,
6、and LCD monitor system constitutes the entire image acquisition hardware, and through Completion of the appropriate software to control the whole system, and ultimately the image data acquisition and recognition.Keywords: ARM processor OV7725 image acquisition Recognition精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归
7、纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 46 页目录第一章绪论11.1 背景 11.2 意义 21.3 总结 3第二章系统方案设计42.1 系统处理器选择42.2 图像传感器的选择52.3 系统方案7第三章硬件设计83.1 S3C2440处理器 83.2 ARM 处理器与 OV7725图像传感器接口设计103.3 ARM 处理器与液晶屏接口113.4 本章小节 12第四章软件设计134.1 图像数据采集系统软件总体设计134.2 相机程序144.3 相机接口程序设计204.4 OV7725图像传感器模块244.5 LCD显示模块 314.6 源代码文件说明344.7 图形识别的算法3
8、44.8 本章小节36第五章系统调试优化365.1 优缺点 365.2 实物图 36致谢 38参考文献39精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 46 页第一章绪论1.1 背景进入 21世纪以来，机器人的研究取得了长足的发展，从论文发表和成果报道来看，视觉识别机器人已成为机器人领域目前最引人注目的拘束热点。从 2000年起， IEEE 每年召开视觉识别机器人专题的学术会议（Int.conf.on Humanoid Robots），学术期刊 Int.J.ofhumanoid Robotics也于2004年创刊。视觉识别机器人的研究
9、论文也频见于机器人相关领域其它学术刊物，这些都表明视觉识别机器人座位机器人学的一个重要分支，已经受到学界的充分重视目前世界各国都在发展，日本的视觉识别机器人研究在企业界的大力支持下发展较快，无论从羡慕数量或是研究成果看，都占据着明显的领先地位，此外，美英德韩也都在开展相关研究。. 机器人视觉对于智能机器人就相当于眼睛和人的关系一样，为了使机器人实现智能化，则必须让机器人具有感知功能，是机器人能够“ 看到” 周围世界，第一代工业机器人由于没有视觉系统，只能按照预先规定的动作往返操作，一旦工作环境变化，机器就不能胜任工作，因为无法感知周围环境和工作对象的情况，因此对于机器人来说，视觉系统是必不可少
10、的，所以对于图像采集的研究和探索那是绝对不可少的。且随着科学技术的发展，更高速，更可靠，更低成本成为各种技术开发的要求。图像采集与处理技术的应用越来越广泛，技术要求也越来越高，设计能实现图像采集与图像处理一体化，结构紧凑，并能有效降低成本的专用图像处理系统，将具有很大的市场应用前景，这种系统具有安装方便、配置灵活，便于携带等突出优点。计算机技术已经进入嵌入式产品时代，嵌入式产品将逐渐成为行业发展的主流，而作为这个时代的代表行产物ARM 嵌入式微处理器的应用将更加广泛，ARM 实业界领先的16/32 位嵌入式RISC 处理器技术供应商，占领了大约75%的市场。它可为一个完整系统的开发提供全面的技
11、术支持，具有性能高，低成本和能耗省等特点， ARM 嵌入式处理器采用PCA 架构，支持大容量Fllash 和ARM 存储器，支持实时操作系统，ARM 的微处理器核心正迅速地在便携通信设精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 46 页备、手持设备、工业控制仪器仪表，信息家电及消费类电子等各个领域得到广泛的应用。1.2 意义近年来，随着电子技术、计算机技术、自动控制技术、多媒体技术的迅速发展，图像数据采集系统技术也取得了长足的发展。在智能仪器仪表和工业测控系统中图像采集占据着重要地位。传统的图像采集系统大多采用PCI图像采集卡进行图
12、像采集和微型计算机软件进行图像处理或采用单片机作为控制核心的设计方案。采用PCI图像采集卡的设计方案致使系统体积庞大、成本高、携带不便，且因微型计算机总线插槽数目和采集卡通道数目有限，实现多点采集困难。而以单片机作为控制核心的设计方案由于单片机资源有限，实现图像采集需要大量的系统资源和强大的运算处理能力，因此难以实现。从而提出了一种基于 ARM 处理器的实现图像数据采集的方案，此方案提高了系统图像数据的采集与处理能力，整个系统速度快、功耗低、体积小、易于升级维护近 20年来由于微电子学的进步以及计算机应用的日益广泛，我国图像据采集系统技术也取得了巨大的进展，从技术背景上说，硬件集成电路的不断发
13、展和创新是一个重要因素。各种集成电路芯片都在朝超大规模、全CMOS 化的方向发展。微电子技术的不断发展尤其是微处理器的出现引发了图像采集结构的根本变革，出现了各种采用微处理器的图像采集系统新的设计思想和新的集成电路不断涌现，图像数据采集系统已进入了崭新的发展阶段，图像数据采集系统广泛应用于我们的日常生活中，如我们用的摄像机、 DV 等。在工业控制方面，图像采集系统也起着重要的作用。我国图像数据采集系统研究成果很丰富，如基于FPGA的图像采集系统、基于 USB总线的图像采集系统、基于ARM 的图像采集系统等。并且这些图像采集系统大量应用于机械、电子、安防、化工、探测、侦查等领域。而基于 ARM
14、的图像采集系统在工业生产中的应用还不是很多。为此，本文特别采用基于ARM 微处理器的图像采集和处理系统的解决方案，并对其可行性，实现方法以及相应的理论进行了深入的探讨，基于ARM 嵌入式平台图像采集与处理系统具有体积小，成本低，稳定性高等优点，未来会在诸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 46 页如只能交通移动机器人，只能产品检测，医学仪器，视频监控系统，便携式多媒体设备等各种应用领域得到越来越广泛的应用。1.3 总结所以，综合各方面的因素，本文提出了基于嵌入式微处理器ARM（S3C2440）与 OV7725（CMOS）构建
15、的图像数据采集识别系统，完成高质量的图像数据采集功能及星形图形的识别。以下具体介绍该系统的软件硬件设计。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 46 页第二章系统方案设计2.1 系统处理器选择目前，市面上常用的芯片有单片机、FPGA、DSP、ASIC、ARM9 ，以下分别介绍这几类芯片的优缺点：单片机：采用 Atmel 公司的 AT89S52 单片机作为主控制器。 AT89S52是一个低功耗，高性能的51内核的 CMOS 8 位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的 Flash只读存储器，具有256 bytes的随机存取
16、数据存储器（RAM ），32 个 IO 口，3个 16 位可编程定时计数器。且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。但是考虑到本系统要进行图像采集和 OV7725 传感器的检测以及LCD 显示，若使用 AT89S52 可能在数据处理方面有一些不足，且占用CPU 资源较多而使得单片机同时处理其他任务的速度和能力降低，这样图像采集起来速度太慢。FPGA：采用 FPGA（可编程逻辑门阵列）作为主控制器，它可实现系统集成，基于实现宏函数的嵌入式阵列及实现普通功能的逻辑阵列，提供异步的“ 乘积项” 或者“ 和项” 构成的寄存器的置位 /复位信号，且还可以单独的可编程
17、的输出电压摆率控制位。虽然他还具有高速，高可靠性，开发周期短，质量稳定。开发软件投入小、开发工具先进，可多次擦写等优点。但是本系统主要是对图像进行采集，不需要逻辑性很强的控制器，基于这一点也不选择此方案。DSP：采用 DSP（数字图像处理）作为图像采集控制器，它是在原有通用CPU 的基础上，发展改进硬件结构和指令集结构而来的。DSP能够更好的完成在数字信号处理的滤波、卷积和FFT中最重复出现的乘法器，地址产生器，使得 DSP在相同时间内能够完成更过的操作，提高程序执行速度，精简指令，有利于 DSP结构上的简化和成本的降低，总线结构，专用寻址单元，DSP中采用独立程序总线和数据总线，能够同时取指
18、令和取操作数，区别于传统CPU 采用统一城乡和地址空间的冯 .诺曼结构，共享程序和数据总线，专用寻址单元。DSP有地址产生器，与ALU 并行操作，地址运算不额外占用CPU时间，片内存精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 46 页储器，存放参数和数据，解决了外部存储器的总线竞争和访问速度不匹配问题，访问速度快，缓解DSP数据瓶颈，流水处理，使得两个或更多不同的操作可以重叠执行，提高DSP程序执行效率。但是它控制系统比较复杂，实时图像处理比较复杂，基于本系统立志于简单高速考虑也放弃此种方案。ASIC：采用 ASIC 芯片，与通用
19、集成电路相比，ASIC 芯片具有体积小，重量轻、功耗低、可靠性高等几个方面的优势，而且在大批量应用时，可降低成本，但 ASIC 得缺点在于设计周期长，非大批量应用场合，造价昂贵且功能单一，而且 ASIC 一旦投入应用，构建的系统灵活性差，新的技术和算法只能重新设计芯片来实现，这样导致ASIC 芯片通用性较差。ARM9 ：ARM 微处理器是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。ARM9 代表了 ARM 公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。由于ARM 处理器体积小、低功耗、使用0.13um的CMOS制造
20、技术和记忆体编程器制造、有 16K的指令快取、 MU快取、强大的索引地址模式、且支持ARM 处理器 16-bit指令模式主频可以达到 499MHZ，提高了系统图像数据的采集与实时处理能力。综合上述几种芯片，我们从硬件、完成高质量的图像采集和实时处理能力、简单处理速度快速等几个方面考虑，选择ARM9 作为本设计的系统处理器。2.2 图像传感器的选择目前图像传感器类型有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）图像传感器；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）图像传感器。这两种都是基于核心成像部件 CCD 和 CMOS 而区分的CCD 中文译为 电子耦合组件 (charged coupled dev
21、ice) ，它就像传统相机的底片一样，是感应光线的电路装置，可以将它想象成一颗颗微小的感应粒子，铺满在光学镜头后方，当光线与图像从镜头透过、投射到CCD 表面时， CCD 就会产生电流，将感应到的内容转换成数码资料储存起来。CCD 的尺寸其实是说感光器件的面积大小， CCD 像素数目越多、单一像素尺寸越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低,收集到的图像就会越清晰。因此，尽管CCD 数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 46 页目并不是决定图像品质的唯一重点，我们仍然可以把它当成相机等级的重要判准之一。互补性氧化金属
22、半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和 CCD 一样同为可记录光线变化的半导体。CMOS 的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在 CMOS 上共存着带 N（带 电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。同样，CMOS 的尺寸大小影响感光性能的效果，面积越大感光性能越好。CMOS 的缺点就是太容易出现杂点 , 这主要是因为早期的设计使CMOS 在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。由两种感光器件的工作原理可以看出，C
23、CD 的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型 CCD，价格非常高昂。在相同分辨率下， CMOS 价格比 CCD 便宜，但是 CMOS 器件产生的图像质量相比 CCD 来说要低一些。 CMOS 影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD 为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。但CMOS 影像传感器将每一像素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V 的电源即可驱动，电源消耗量比 CCD 低。CMOS 影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将
24、ADC 与信号处理器整合在一起，使体积大幅缩小。综合考虑既满足功能要求又有较高的性价比，我们选用CMOS 芯片的OV7725 图像传感器。OV7725 是一款高度整合的1/4英寸 CMOS CameraChip(TM)传感器，在一个单芯片上提供一部VGA 摄像头和影像处理器的全部功能。OV7725的一个独特性能是有很大的主光线角度，它能显著减小模块高度，而高度是让相机能够装配进当前超薄笔记本电脑的关键因素。OV7725 以 OmniVision 的 OmniPixel2(TM)专利技术为基础，弱光环境中也能提供卓越的性能，在VGA 模式下能够以 60帧每秒 (fps)或在 QVGA 模式下 1
25、20fps运行。 OV7725无铅、 28 引脚 CSP2封装。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 46 页2.3 系统方案本图像数据采集系统由ARM 处理器、 CMOS 图像传感器、存储器和电源模块构成。硬件总体结构图电源模块启动后，在ARM 处理器的控制下 ,CMOS 图像传感器片上采集到的数据经帧同步信号触发产生中断后被拷贝到 SDRAM 。然后通过 ARM 处理器的处理由 LCD 显示出来，通过二值化识别出星形图形。ARM9 LCD 控制器Interface 电源模块LCD OV7725 SDRAM 精选学习资料
26、- - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 46 页第三章硬件设计3.1 S3C2440 处理器处理器概述三星公司推出的 16/32位 RISC 微处理器 S3C2440A, 为手持设备和一般类型应用提供了低价格、低功耗、高性能小型微控制器的解决方案。 S3C2440A采用了 ARM920T 的内核， 0.13um 的 CMOS 标准宏单元和存储器单元。其低功耗、简单、优雅、且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。它采用了新的总线架构Advanced Micro controller Bus Architecture (AMBA) 。
27、S3C2440A的杰出的特点是其核心处理器(CPU)，是一个由 Advanced RISC Machines 有限公司设计的 16/32位 ARM920T 的 RISC 处理器。 ARM920T 实现了 MMU ， AMBA BUS 和 Harvard 高速缓冲体系结构构。这一结构具有独立的16KB 指令 Cache和 16KB 数据 Cache 。每个都是由具有 8字长的行组成。通过提供一套完整的通用系统外设， S3C2440A 减少整体系统成本和无需配置额外的组件。S3C2440A集成的片上功能* 1.2V 内核供电 , 1.8V/2.5V/3.3V 存储器供电， 3.3V 外部 I/O
28、供电，具备16KB 的 I-Cache和 16KB DCache/MMU 微处理器。* 外部存储控制器 (SDRAM 控制和片选逻辑 )。* LCD 控制器（最大支持4K 色 STN 和 256K 色 TFT）提供 1通道 LCD 专用 DMA 。* 4 通道 DMA 并有外部请求引脚。* 3 通道 UART(IrDA1.0, 64 字节 Tx FIFO，和 64字节 Rx FIFO)。* 2 通道 SPI 。* 1 通道 IIC-BUS 接口（多主支持）。* 1 通道 IIS-BUS 音频编解码器接口。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -
29、第 14 页，共 46 页* AC 97 解码器接口。* 兼容 SD 主接口协议 1.0 版和 MMC 卡协议 2.11兼容版。* 2 端口 USB主机/1 端口 USB 设备（ 1.1 版）。* 4 通道 PWM 定时器和 1 通道内部定时器 /看门狗定时器。* 8 通道 10 比特 ADC 和触摸屏接口。* 具有日历功能的 RTC。* 相机接口（最大 4096 4096像素的投入支持。 2048 2048像素的投入，支持缩放）。* 130 个通用 I/O 口和 24通道外部中断源。* 具有普通，慢速，空闲和掉电模式。* 具有 PLL 片上时钟发生器。S3C2440 方框图S3C2440 方
30、框图如图 31 所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 46 页图3-1 3.2 ARM 处理器与 OV7725图像传感器接口设计图像传感器接口电路是硬件设计的关键部分,如何有效地采集数据也是系统的关键问题。 OV7725集成了 SCCB ( Serial Camera Control Bus) 控制接口以访问片内寄存器。该芯片内部功能寄存器地址从0X000X7C（其中不少是保留寄存器）。通过对片内寄存器的读写可以方便地对图像帧频、曝光时间、增益进行控制。各寄存器的功能见参考文献。由于S3C2440处理器有一个专门的相机接
31、口,所以CPU可以直接和 CMOS图像传感器连接。图像传感器输出的数据及控制信号包括像素时钟 ( PCLK) 、水平参考 (HREF)、帧同步 (VSYNC) 和数据总线 (Y0Y7) ,分别和主处理器的相应信号相连。PCLK 与HREF在处理器内部相遇后产生精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 46 页有效的像素时钟信号 ,在有效时钟信号的上升沿将数据锁定。OV7725和S3C2440接口电路如图 32所示。图3 2 OV7725 和S3C2440接口电路图3.3 ARM 处理器与液晶屏接口液晶显示器 LCD 为英文 Li
32、quid Crystal Displayer 的缩写，它是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤光源，并在平面面板上产生图像。与传统的阴极射线管 CRT相比， LCD 占用空间小、功耗低、辐射低、无闪烁、降低视觉疲劳等优点，本设计选用LCD 作为显示设备。S3C2440处理器提供有 LCD 控制器， S3C2440的 LCD 控制器是由一个逻辑单元组成，它的作用是：把LCD 图像数据从一个位于系统内存的video buffer 传送到一个外部的LCD 驱动器。 LCD 控制器使用一个基于时间的像素抖动算法和帧速率控制思想，可以支持单色，2 位每像素 (4 级灰度 )或者 4 位每像素 (16
33、 级灰度)屏，并且它可以与256 色(8BPP)和 4096 色(12BPP)的彩色 STN LCD 连接。它支持 1BPP,2BPP,4BPP,8BPP 的调色板 TFT 彩色屏，并且支持64K 色(16BPP)和IICSDA IICSCL CAMRESET CAMCLKOUT CAMHREF CAMVSYNC CAMPCLK CAMDATA7CAMDATA6 CAMDATA5 CAMDATA4 CAMDATA3 CAMDATA2 CAMDATA1 CAMDATA0 AGND DGND S3C2440SIO-0 SIO-1 RESET XCLK1 HREF VSYNC PCLK Y7 Y6
34、Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 AGND DGND OV7725精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 46 页16M 色(24BPP)非调色板真彩显示。LCD 控制器是可以编程满足不同的需求，如水平、垂直方向的像素数目，数据接口的数据线宽度，接口时序和刷新速率。本设计中所使用的液晶屏是TFT LCD 屏。图 3-3 S3c2440 与 LCD 接口电路图3.4 本章小节本章主要对图像采集系统的硬件系统做了系统设计，同时给出了图像传感器与 ARM 处理器之间的接口电路图。并介绍了ARM 处理器与液晶屏接口。这样硬件搭建完成
35、，为下一步的软件开发做好了准备。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 46 页第四章软件设计4.1 图像数据采集系统软件总体设计上面一章主要介绍了图像数据采集系统的硬件搭配，如何让硬件在我们的控制下正常工作，实现图像数据采集的目标，便是本章要做的工作。软件设计的模块方框图如图41所示。S3C2440 处理器I/O PortSDRAM相机接口PCLKHREFVSYN中断STARTAHB DMA精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 46 页图 41 软件设计模
36、块图S3C2440处理器初始化，通过GPIO 模拟 SCCB 总线初始化 OV7725 图像传感器，使 OV7725产生 PCLK、HREF、VSYNC 三个同步信号， S3C2440处理器初始化 LCD 显示器与相机接口，所有初始化完成后，处理器发出开始图像数据采集命令， VSYNC 处于低电平时，开始图像数据采集，图像传感器随着三个同步信号，开始送出数据，并通过相机接口保存在SDRAM 中，LCD 通过 LCD 控制器以 DMA 方式在 SDRAM 中调出数据并显示在LCD 上，当 VSYNC 处于高电平时，一帧图像数据采集完毕，系统会产生一个中断，并由处理器判断其为何种中断，决定图像采集
37、是否继续。为此，我们可把图像采集系统分为以下四个模块：ARM 处理器初始化模块、相机接口模块、图像传感器模块和LCD 显示模块。4.2 相机程序相机接口概述S3C2440A 中的 CAMIF （相机接口）由7部份组成 多元仿真 , 捕捉单位，预览缩放，编解码器缩放，预览DMA ，编解码器 DMA 与 SFR 。该 CAMIF 支持国际电联 - R 的 BT.601/656 YCbCr 8 位标准，最大输入尺寸4096x4096 像素（ 2048x2048像素缩放）和两个缩放存在。预览缩放致力于创造小尺寸图像PIP（画中画），编解码器缩放致力于产生图像编解码器有用的图像如平面型YCbCr 4:2
38、:0 或 4:2:2 。两个主要的DMAs 可以做镜相和旋转捕获的移动环境图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 46 页像。这些特征在文件夹类型的手机中是非常有用的并且生成的测试图案在同步信号输入校准中是有用的，如 CAMHREF, CAMVSYNC. 此外，视频同步信号和像素时钟极性可以通过寄存器组在CAMIF 处被转化。相机接口特征* 外部接口支持 ITU-R BT. 601/656 8 位模式* DZI ( 数字变焦 ) 能力*可编程极性视频同步信号*最大值支持 4096 4096 像素输入不缩放（支持2048 20
39、48像素输入缩放）*最大值支持 4096 4096 像素输出为编解码器路径*最大值支持 640 x 480像素输出为预览路径*镜头旋转（ X 轴， Y 轴和 180 旋转）*画中画和图像编解码器输入图像形式（16/24 位的 RGB 格式与 YCbCr 4:2:0 / 4:2:2 格式信号种类特点：支持 ITU-R BT.601/656 8bit 模式外部接口，具有DZI（Digital Zoom in）功能；视频同步型号的极性可编程；在没有缩放比例（scaling）时，支持40964096 像素的输入；在有缩放比例时，支持20482048 像素的输入；CODEC path 时，支持 4096
40、4096 像素输出， PREVIEW path 时，支持 640480 像素输出；支持图像的镜像和旋转的方式。信号种类如表 41 表 41 相机接口信号种类名称输入/输出作用描述CAMPCLK 输入像素时钟，由相机处理器驱动CAMVSYNC 输入H/L 帧同步，由相机处理器驱动CAMHREF 输入H/L 水平同步，由相机处理器驱动CAMDATA 输入像素数据，由相机处理器驱动CAMCLKOUT 输出相机处理器控制主时钟CAMRESET 输出H/L 相机处理器控制软件重启或关机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 46 页方框
41、图CAMIF 的方框图如图 42 所示。图 4-2 时序图ITU-R BT 601 时序图如图 43所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 46 页图 4 3 ITU-R BT 601时序图两个 DMA 路径CAMIF 有 2 个 DMA 路径。 P 路径（预览路径）和C 路径（编解码器路径）,在 AHB 总线上是互相分隔的。由于系统总线，两个路径是独立的。P 路径为 PIP 存储 RGB 图像数据到内存中。 C 路径为编解码器存储YCbCr 4:2:0 或4:2:2 图像数据到内存中，如MPEG4，H.263 等。这两
42、个主要的路径支持变量应用，如 DSC（数码相机），MPEG - 4的视频会议，视频录制等例如，P路径图像可以用作预览图像， C 路径图像可被用作在数码相机应用中的JPEG图像。寄存器组可以单独禁用P路径或 C 路径。两个 DMA 路径如图 45 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 46 页图 45 两个 DMA 路径时钟域CAMIF 有两个时钟域。一个是系统总线时钟，是HCLK 。另一种是像素时钟，是 CAMPCLK 。系统时钟必须比像素时钟快。图46 显示 CAMCLKOUT必须从固定频率如USB PLL 时钟中被
43、分开。如果外部时钟振荡器被使用，CAMCLKOUT应浮动。内部缩放时钟是系统时钟。两个时钟域没有必要彼此同步。其他信号如CAMPCLK 应同样连接到史密特触发电平转换器。图 46 CAMIF 时钟发生器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 46 页帧存储器每个 P和 C 路径的帧存储器由四个乒乓存储器组成，如图47 所示。 C路径乒乓存储器有三个存储元素亮度Y，色度 Cb和色度 Cr。如果 AHB 总线通信量在一个水平行扫描周期内不够DMA 完成操作，有可能导致不良运作。图 47 Ping-Pong 存储器体系寄存器设定时序
44、图帧捕捉命令的第一次寄存器设定可以发生在帧时期的任何地方。但是，建议你首先将其设置在CAMVSYNC （摄像视频同步）的 “L”状态， CAMVSYNC信息可以从 SFR状态下读取。所有命令包括ImgCptEn ，在 CAMVSYNC 下降边缘是有效的。但是要小心，除了首次SFR的设置，所有的命令应编入一个ISR（中断服务程序）。特别是，当目标大小的相关信息被改变时捕捉作业应停止。设置时序如图48所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 46 页图 48 寄存器设置时序图4.3 相机接口程序设计相机接口程序设计主要是设计相
45、机接口初始化程序，以此来完成对OV7725 图像传感器的图像数据接收工作。如果没有正确初始化相机接口，那么所采集的图像数据就不能正常的保存下来，从而失去了图像数据采集的意义。图像传感器采集的视频数据通过 8 位视频数据总线进入微控制器数据接口，由微控制器将此视频数据存 SDRAM 存储器。或将此图像压缩成 JPEG 格式再存人 SDRAM 存储器，也可将此 JPEG 格式图像通过 USB(通用串行总线 )总线上传给 PC 机。微控制器通过控制接口来控制 CMOS 图像传感器，控制接口包括 IIC 总线和由微控制器提供的 CMOS 图像传感器主时钟信号、复位信号及图像传感器的HSYNC 和 VS
46、YNC 信号等。相机接口程序设计流程如图49 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 46 页设置源格式寄存器设置窗口选择寄存器设置球形控制寄存器开始精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 46 页图 49 相机接口程序设计流程图主要变量介绍相机接口初始化是相机接口程序设计的主要内容，在相机初始化时，会用设置源格式寄存器设置窗口选择寄存器设置球形控制寄存器开始精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2
47、8 页，共 46 页到下面的一些变量，各自含义如下：CoDstWidth: Codec 路径的目标宽度CoDstHeight: Codec 路径的目标高度PrDstWidth: Preview 路径的目标宽度PrDstHeight: Preview 路径的目标高度WinHorOffset: 水平方向窗口偏移的大小WinVerOffset: 垂直方向窗口偏移的大小CoFrameBuffer: Codec DMA 起始地址PrFrameBuffer: Previe DMA 起始地址WinOfsEn：窗口偏移使能，在窗口选择寄存器的第31位设置，当第 31 位值为 0时，没有窗口偏移，当第31位值为
48、 1 时，窗口偏移使能。缩放比例图解如图410 所示。图 410 缩放比例图解5精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 46 页MainBurstSize: 主脉冲大小RemainedBurstSize ：保留脉冲大小主要寄存器的配置源格式寄存器（ CISRCFMT）4.4 OV7725 图像传感器模块OV7725传感器介绍高敏感度、低功耗工作方式；低电压供电，适合嵌入式便携产品的应用；支持标准的 SCCB 接口；支持 SXGA、VGA 、QVGA 、QQVGA 、CIF、QCIF、QQCIF 格式窗口图像；支持 Raw RG
49、B（RGB4：2：2）、YUV （4：2：2）和 YCbCr（4：2：2）格式图像；支持自动图像控制函数，包括自动曝光控制（AEC）、自动增益控制（AGC）、自动白平衡（ AWB）、自动黑度校准（ ABLC ）；支持图像质量控制，包括色彩饱和度、色调、gamma 校正、锐度、镜头校正、降噪；0V7725 关键参数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 46 页CMOS 图像传感器需要控制器S3C2440的驱动才能正常工作，并输出正确的图像数据。为了实现CMOS 传感器和存储器（ SDRAM ）之间的快速传输，可以采用 DMA
50、方式。 DMA 是一种快速传送数据的机制，它不需要CPU的参与而实现高速外设和存储器之间自动成批交换数据的操作方式。在图像开始采集之前，S3C2440通过 GPIO模拟 SCCB总线初始化图像传感器OV7725，设置如扫精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 46 页描方式、数据格式等参数。当初始化完成之后就可以进行图像数据采集了。图像传感器模块程序设计流程图如图411所示。图 411图像传感器模块程序设计流程图SCCB总线是图像传感器OV7725 与处理器 S3C2440之间进行数据交换的通道，有必要对总线的数据传输过程了解