与AVR单片机的图像采集技术

陈晓

电子信息工程学院，

南京理工大学信息科学与技术

南京210044，中国

rainofsun@netease.com

摘要----图像采集系统是一种数字图像应用系统的各种不可缺少的部分。在这篇文章中，我们开发了一种视频相机的紧凑型图像采集和处理系统基于AVR的单片机。该系统利用AVR单片机与微机ATmega16的低功耗消费和高性能的数据处理主控制单元。首先，它完成了初始化CMOS光接收相机模块通过I2C C3088接口。然后，它是用来收购C3088和图像LCD上实时显示采集状态。最后，单片机采用串行通信接口将数据发送到计算机，它显示了后的图像数据处理。硬件电路和系统的软件程序设计。

1.引言

随着社会的进步和发展科学，技术和经济，更多的要求在工作和生活环境的安全性已主张由这两个组织和个人，防盗措施提出了新的要求。至于安全保护，视频监控的有效手段在等领域起着重要的作用，已引起越来越广泛关注[1-4]。在目前，视频监控和控制进入

域，我们可以看到它的应用几乎每天都。图像采集系统是不可或缺的部分之一在各种数字图像应用系统。AVR单片机是集成芯片基于可编程GSI和计算机技术[5 - 9]。其快速的数据采集和处理功能和

各种功能模块集成在芯片提供丰富的便利，在各个及其应用场合。与CCD，CMOS图像传感器整合时间序列处理电路，前端放大器的图像信号和数字部分一个芯片上，因此它的发展是高度重视的业界一直。目前，与发展技术和工艺，CMOS图像噪声的传感器已被有效地提高其解决能力已经明显增强。 CMOS图像在视频采集，传感器将被广泛应用于域，由于其价格便宜，适用于图像质量，高集成度和相对较少的权力消费。因此，在这篇文章中，我们发展视频数据采集系统的实施方案基于AVR的单片机。该计划驱动器的相机C3088[10]通过单芯片微机ATmega16的获得原始图像相机获得的数据，并实现数据通过I2C传输和相机初始化接口协议。该电路等许多优点具有结构简单，方便传输和低CPU占用率，而且可以降低总成本制度。

2.系统结构

它可以实现数字化和自动化找平安装数据的过程中，电子零件传统的光学采集系统。数据的原则处理单元，包括快速的数据运算速度，丰富的外设接口和低功耗。根据这些原则，我们采用AVR单片机在设计的高性能微机，可以结合数据获得的信息采集设备在前端的CMOS图像传感器，其结构简图可见图。 1。该系统采用单片机微控制器驱动通过I2C总线的相机，这主要是初始化一些寄存器组成相机的图像传感器。当初始化完成后相机，摄像机输出三个符号，包括像素时钟信号，原材料同步信号和垂直同步信号。 “单片机读取图像的原始数据通过测试这三个相机数据总线象征信号，并暂时储存数据的数据存储器单片机，然后再发送计算机通过串行通信的数据。

3.五金

在整个系统中实施设备的选择和硬件的表现是非常重要的。我们可以选择的单片机具有较高的性价比和高速，我们可以也可以选择功能强大，速度快，稳定性好的DSP多种接口和芯片为核心。我们也可以选择ARM微处理器。由于视频采集系统，图像传感器在使用的速度

系统可以由单片机控制。当我们第一次使用51系列英格尔单片机设计过程中，我们发现它无法履行视频采集所需要的大量的数据吞吐量。因此，我们使用ATmega16的系统，可满足系统的设计要求。单芯片ATMEL公司的单片机广泛应用于在许多领域，如工业生产控制，智能仪表，数据采集和家用电家电。这种单片机有RISC的结构。由于其先进的指令集和单时钟周期指令执行时间， AVR单片机的性能实现16 MIPS时，当它在16MHz的工作，它可以降低功耗和之间的冲突处理速度。仅一条指令需要一个时钟周期，速度更快传统的单片机，因此它可以主管下的A / D采样控制高速条件。但是，当我们使用DSP，ARM或FPGA / CPLD的，它会浪费资源和使系统变得更加复杂，和性价比不太合理。

对于视频捕捉设备，无论是CCD或CMOS全部采用光接收组件作为基本测量捕捉到的图像。核心的CCD / CMOS光接收组件是一个光接收二极管接受光线照射时产生的输出电流。的电流强度是相应的强度的照射。对于外围设备， 光接收CCD的组成部分是不同的光接收CMOS的组成部分，除在光接收二极管。光接收组件前者还包括一个存储单元，它是用来控制相邻电荷。光接收二极管占据大部分地区，即有效受光面积CCD的光接收组件越大，它可以接收在相同的条件下下的光信号，并输出相应的电信号更加清晰。由于CMOS图像传感器技术的发展非常很快，每受光元件在CMOS传感器可以直接集成放大器和模拟到数字转换逻辑。当光接收二极管接收灯光的照射，并产生模拟电信号，由放大器的信号放大的光接收组成部分：第一，然后转换成相应的数字信号。换句话说，在CMOS传感器，每一个光接收组件产品的最终数字输出。由于高集成度度，体积小，使用便捷和丰富的形象抓获含量的影响，我们采取相机C3088CMOS传感器（OV6620）的模块组成在设计的采集设备。默认情况下解决相机的能力是356* 292，所以它是非常适合单片微机操作能力低。

C3088相机模块的工作电压为5V，其引脚20和引脚22连接电源，

引脚31连接与数字地球，并针21，15针和17针连接与模拟地球。数据线Y0〜Y7连接PA0〜PA7的单芯片微电脑，和数据线UV0〜UV7连接PB0〜PB7，单片机和PCLK与PD2的连接和href与PD3的连接， VSYNC与PD4的连接。 SDA连接PC1上，SCL与PC0的连接。 OV6620包括图像阵列356* 292的分辨能力，模拟信号处理器，双8位模拟 - 数字转换，模拟视频多条航线换向器，数字输出格式端口，模拟视频端口，I2C总线接口，其注册。该传感器使用的电动曝光控制算法基于完整的图像。

      单片机选择RS232串行通信与计算机通信。其电路结构非常简单，它可以确保该系统的稳定，并满足设计要求该系统。 RS232通信接口上个人电脑，它是异步传输由电子工业标准接口构成协会（EIA）。本系统采用RS232连接与计算机和传输视频数据。的ATmega16采用8位数据位，1位停止位和0校验位，其速度可以达到230400bps，串口的速度计算机只有115200BPS，它可以完成

系统的设计要求。

由于单片机的电压是TTL5V和RS232的电压是12V，所以需要双方水平转换，以确定其他。该系统需要通过芯片与单片机连接MAX232的图所示。 2。

液晶显示屏采用ZT018智能真实彩色液晶显示屏。该模块拥有基本的绘图功能接口采用通常的面包车，因此它可以节省开发时间，并提供大方便开发和转让。它的接口模式，包括SPII2C和本系统采用I2C接口，只需要两根数据线。 

4. 软件

C3088是由CMOS图像传感器OV6620和它的初始化主要取决于写操作内部寄存器通过I2C总线。通过初始化设置软件，数字视频输出，可以使用不同的格式和初始化其他寄存器。由于C3088相机模块的初始时钟频率17.73MHz，当它在16位数据输出模式，其PCLK时钟周期是112ns，当它在工作8位数据输出模式，其PCLK时钟周期为56ns。 “通过单芯片的晶体振荡微机为16MHz，单订货周期是62.5ns。因此，单片机不能按照视频的速度。它必须降低PCLK时钟通过写寄存器0x11的频率，并设置在“1”的寄存器的低5bits可以减少PCLK，69.25KHz，能适应单片机与低速加工。

         通常的CMOS图像数据输出格式为传感器的原始数据输出格式。由于CMOS光学传感器单元有不同的反应3各种各样的颜色，响应的灵敏度是非线性的。它是相对的亮度，再加上和材料。因此，图像传感器的原始数据应emendated和补偿。该产品补偿曲线

不同的工厂是不同的的，所以我们应该设计不同的补偿算法。 OV6620可不仅输出的R，G和B的原始数据格式，并整合色彩补偿算法在芯片，它可以输出视频输出格式的YUV和YCrCb的根据CCIR601标准。

   相机通过最低频率工作在初始化。单片机可以存储在单片机的数据存储器的数据时，它读取数据的原料，它的数据转换成收购成BMP格式，程序和传输电脑储存和显示数据。

          串行通信是一种沟通模式可以传输位二进制数据，所以其所需的输电线路的数量是很少的，这是非常适合分级控制系统，层划分控制系统，分布式控制系统和远程沟通。由于分布式控制系统广泛应用现代计算机控制系统，所以，它往往需要一个主计算机控制多个从电脑之间的通信计算机和单片机成为重要的问题。单芯片的程序流程图微机如图。 3。程序流程图如图计算机。 4。

五．结论

    视频数据的采集和存储是先进的视频技术，并在现在，视频技术的发展非常迅速，识别技术，数字电视和实时监控，并控制，具有非常好的前景的产业。 “基于AVR单片机的摄像头图像采集系统微机和C3088简化结构制度。该系统具有图像清晰，它可以完成实时显示的要求，并得到广泛的应用在网络视频和工业自动化监督下载本文