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摄像头嵌入式设计
郑州轻工业学院
课程论文
实习名称:
摄像头嵌入式设计
姓名:
QQ去
院(系):
电子信息工程学院
专业班级:
电子信息工程14-2
学号:
5414012663214
指导教师:
张涛
时间:
2017年6月1日至2017年6月4日
摘要:
分布式广域视频摄像系统,提出了一种基于摄像头跟踪优化方法.该跟踪优化算法根据目标优先级和目标在各个摄像头中的遮挡状态及其分割图像大小进行数据加权融合,优先分配高优先级目标给具有最佳权值的摄像头进行跟踪,并动态平衡摄像头的跟踪负载,将跟踪负载过重的摄像头中的低优先级目标分配给其他摄像头进行跟踪.为了有效地建立重叠摄像头之间目标的对应关系,对于摄像头远离监控地平面和目标的场景,通过摄像头监视背景图像之间的特征匹配自动生成对应点,利用这些对应的关键点确定摄像头之间的单应性变换矩阵参数,再根据目标质心坐标之间的单应性变换进行一致性匹配;对于摄像头近邻监控地平面和目标的场景,通过目标分割图像之间的特征进行一致性匹配.
关键词:
视频摄像跟踪优化监控动态平衡
目录
目录3
第一章系统总体设计思路 4
1.1系统设计要求4
1.2系统设计方案 4
1.3硬件部分方案 4
1.4软件部分方案 4
第二章摄像头4
2.1数字摄像头跟模拟摄像头区别5
2.1.1输出信号类型5
2.1.2接口类型5
2.2CCD与CMOS的区别5
2.2.1成像原理5
2.2.2功耗5
第三章液晶显示屏(LCD)5
3.1LCD控制器简介5
3.2ILI9341控制器结构6
第四章芯片的选着6
4.1芯片的选择6
4.2速度方面7
4.3存储器方面7
4.4时钟、复位和电源管理方面7
4.5功耗方面7
第五章软件的设计7
5.1实验描述7
5.2摄像头硬件连接7
5.3配置工程环境8
第六章系统测试结果和问题分析8
6.1系统单功能测试8
6.1.1摄像测试8
6.1.2显示测试9
第七章结束语9
参考文献9
第一章系统总体设计思路
1.1系统设计要求
基于STM32F103的手机功能的设计,首先该系统是通过触屏操作控制,尽量模拟手机的功能需要实现的基本功能有打电话、发短信、音乐播放器、图片浏览、照相机、常用小工具等。
同时尽量做到系统稳定、整体美观、操作流畅等来保证有较好的体验效果!
1.2系统设计方案
本设计的控制方案是利用嵌入式操作系统为平台,采用了STM32F103ZET6微控制器,以及各类控制和显示器件,通过一直GUI进行触屏控制。
系统设计包括系统硬件设计与测试和软件的编写。
系统流程图件下图1.2.1.实物图1.2.2.
图1.2.1
1.3硬件部分方案
该毕业设计的硬件主要四部分,分别是自己用Altium Designer绘制制作的中心板子、SIM900模块、LCD液晶、摄像头OV7670。
1.4软件部分方案
本设计的软件部分主要分为移植UCOSII+GUI和FatFs文件管理、硬件的驱动程序、整体控制程序三部分组成。
第二章摄像头
摄像头的分类。
摄像头按输出信号的类型来看可以分为数字摄像头和模拟摄像头,按照摄像头图像传感器材料构成来看可以分为CCD和CMOS。
2.1数字摄像头跟模拟摄像头区别
2.1.1输出信号类型:
数字摄像头输出信号为数字信号,模拟摄像头输出信号为标准的模拟信号。
2.1.2接口类型:
数字摄像头有usb接口(比如常见的pc端免驱摄像头)、IEE1394火线接口(由苹果公司领导的开发联盟开发的一种高速度传送接口,数据传输率高达800Mbps)、千兆网接口(网络摄像头)。
模拟摄像头多采用AV视频端子(信号线+地线)或S-VIDEO(即莲花头--SUPERVIDEO,是一种五芯的接口,由两路视频亮度信号、两路视频色度信号和一路公共屏蔽地线共五条芯线组成)。
2.2CCD与CMOS的区别
CCD与CMOS成像器主要区别如下:
2.2.1成像原理:
CCD是―电荷耦合器件‖(ChargeCoupledDevice)的简称,而CMOS是―互补金属氧化物半导体‖(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)的简称。
2.2.2功耗:
由于CCD的像素由MOS电容构成,读取电荷信号时需使用电压相当大(至少12V)的二相或三相或四相时序脉冲信号,才能有效地传输电荷。
因此CCD的取像系统除了要有多个电源外,其外设电路也会消耗相当大的功率。
有的CCD取像系统需消耗2~5W的功率。
而CMOS光电成像器件只需使用一个单电源5V或3V,耗电量非常小,仅为CCD的1/8~1/10,有的CMOS取像系统只消耗20~50mW的功率。
第三章液晶显示屏(LCD)
3.1LCD控制器简介
LCD,即液晶显示器,因为其功耗低、体积小,承载的信息量大,因而被广泛用于信息输出、与用户进行交互,目前仍是各种电子显示设备的主流。
因为STM32内部没有集成专用的液晶屏和触摸屏的控制接口,所以在显示面板中应自带含有这些驱动芯片的驱动电路(液晶屏和触摸屏的驱动电路是独立的),STM32芯片通过驱动芯片来控制液晶屏和触摸屏。
以野火3.2寸液晶屏(240*320)为例,它使用ILI9341芯片控制液晶屏,通过TSC2046芯片控制触摸屏。
关于触摸我们在后面的章节中再讲,这里我们先学习液晶显示的内容。
3.2ILI9341控制器结构
液晶屏的控制芯片内部结构非常复杂,见下图3.2.2。
最主要的是位于中间的GRAM(GraphicsRAM),可以理解为显存。
GRAM中每个存储单元都对应着液晶面板的一个像素点。
它右侧的各种模块共同作用把GRAM存储单元的数据转化成液晶面板的控制信号,使像素点呈现特定的颜色,而像素点组合起来则成为一幅完整的图像。
图3.2.1
第四章芯片的选着
4.1芯片的选择
本文设计的核心处理器采用的是市场上较为著名的ST公司产品STM32,此款处理器是基于Cortex.M3内核的构架,是一款32bit的产品。
它是专为要求高性能、低成本以及低功耗的嵌入式系统应用而设计的,同时它还具备了高集成度以及容易开发的特点。
芯片是基于行业标准的内核设计,并且在软件代码方面配套有多个官方标准库文件和针对片内各个集成系统的详细数据手册,内容也很丰富,已经推向市场的种类很多。
众多的优点使得STM32系列产品成为消费类以及工业现场控制很好的选择,一般具有以下特点。
芯片图片见图4.
4.2速度方面
最快能达到72MHz;
4.3存储器方面
根据芯片系列和型号的不同,片内集成的Flash容量在32K~512K之间,SRAM的容量在6K--64K之间;
4.4时钟、复位和电源管理方面
电源电压范围在2.0~3.6V,芯片内部集成有8MHzRC振荡电路,有基于RTC校准用的32kHz晶振;
4.5功耗方面
能够处在待机,休眠以及停止三种功耗模式下,当系统电源断电时有后备电池为实时时钟和备份寄存器供电.
第五章软件的设计
实验描述及工程文件清单
5.1实验描述
在本实验中,采用野火OV7670摄像头模块,连接到野火STM32开发板的CAMERA扩展接口中,实现实时采集图像,并显示到3.2寸的屏幕上
5.2摄像头硬件连接
PD6---CAMERA-OEPB8---CAMERA-D0
PE0---CAMERA-RRSTPB9---CAMERA-D1
PE2---CAMERA-RCLKPB10---CAMERA-D2
PA8---CAMERA-XCLKPB11---CAMERA-D3
PA0---CAMERA-VSYNCPB12---CAMERA-D4
PB5---CAMERA-WRSTPB13---CAMERA-D5
PD3---CAMERA-WENPB14---CAMERA-D6
PA1---CAMERA-HREFPB15---CAMERA-D7
PC6---CAMERA-SIO-CPC6---CAMERA-SIO-D
5.3配置工程环境
本摄像头驱动实验中我们用到了GPIO、RCC、EXTI、FSMC、USART外设,所以我们先要把以下库文件添加到工程:
stm32f10x_gpio.c、stm32f10x_rcc.c、stm32f10x_exti.c、stm32f10x_fsmc.c、stm32f10x_usart.c。
由于在场中断VSYNC的检测中使用了中断,所以还要把misc.c文件添加进工程。
第六章系统测试结果和问题分析
系统测试包括系统调试和联调系统。
系统单功能调试主要完成对系统的硬件和软件现场检验的工程,确保硬件和软件能完成我们所需的功能。
系统多功能联调是结合实际场景,对系统的功能进行测试,确保系统能在实际场合正常工作。
6.1系统单功能测试
6.1.1摄像测试
系统采用的是ov7670摄像头CAMERACHIPTM图像传感器,体积小、工作电压低,提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。
通过SCCB总线控制,可以输出整帧、子采样取窗口等方式的各种分辨率8位影响数据。
该产品VGA图像最高达到30帧/秒。
用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。
所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等都可以通过SCCB接口编程。
6.1.2显示测试
我们采用的是野火M3-3.2寸LCD触摸屏,该液晶尺寸是3.2寸,控制器是ILI9341,SD卡4位模式DMA,支持长文件名及中文文件名。
第七章结束语
本文首先分析了国内的摄像头应用的现状,进行了需求分析,进而确定了摄像头的整体方案,以及整个系统的结构设计。
在整体方案的基础上,完成了对系统的硬件设计和软件编程,实现了摄像头的基本功能。
然后对系统功能进行了测试和分析。
1.首先完成了摄像头系统的整体方案和结构设计;
2.完成了系统的硬件设计(MCU,摄像头,LCD等的选型及原理图设计);
3.完成了系统程序的编写与调试;
4.完成了整体的测试和分析。
本次过程中我们遇到了点问题,
1.在设计PCB过程中,我们在如何布线这个问题上遇到了瓶颈,怎样的布线才能大大的减少用板面积,最后在不断改进后确定了此次的PCB布局;
参考文献
[野火ISO]零死角玩转stm32.PDF;
基于STM32的多摄像头无线视频报警系统的设计与研究.PDF;
嵌入式系统及其应用(基于Cortex-M3内核和STM32F103系列微控制器的系统设计与开发);
STM32参考手册中文;
OV7670中文版数据手册1.01。
实习成绩评定表
评定项目
内容
满分
评分
总分
学习态度
学习认真,态度端正,遵守纪律,出勤情况。
20
操作能力
按实习要求完成各种操作,产品的制作验收,没有违规操作的现象发生。
40
实习报告
书写实习报告,字迹整洁、内容丰富、有一定的条理性;图、表、文字表达准确规范,上交及时。
40
总成绩
采用五级分制:
优、良、中、及格、不及格
指导教师评语:
签名:
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- 摄像头 嵌入式 设计