一、概述
视觉技能是近几十年来开展的一门新式技能。机器视觉能够替代人类的视觉从事查验、方针盯梢、机器人导向等方面的作业，特别是在那些需求重复、敏捷的从图象中获取准确信息的场合。虽然在现在硬件和软件技能条件下，机器视觉功用还处于初级水平，但其潜在的使用价值引起了世界各国的高度重视，发达国家如美国、日本、德国、法国等都投入了很多的人力物力进行研究，近年来已经在机器视觉的某些方面获得了突破性的开展，机器视觉在车辆安全技能、主动化技能等使用中也越来越显示出其重要价值。本文依据最新的CMOS图画收集芯片规划了一种通用的视觉体系模块，经过编制不同的图画处理、模式辨认算法程序本模块能够使用到足球机器人，无人车辆等各种场合。
二、规划原理
体系原理框图如图1所示。 
体系包含5个首要芯片：图画收集芯片OV7620，高速微处理器SH4，大规模可编程阵列FPGA，和串口通讯操控芯片MAX232。FPGA内部编程建立两个双口RAM，发生图画传感器所需的点频，行场同步等信号，以及操控双口RAM的存储时序。SH4担任对OV7620经过I2C进行装备，读取双口RAM的图画数据，进行处理，并经过串口完成图画资料的上传或操控步进电机等其他设备。
三、图画收集模块
体系模块以CMOS图画传感器OV7620为中心，还包含一个聚光镜头和其他一些辅佐元器材比方27MHZ的晶振，电阻%&&&&&%等。
COMS图画传感器是近几年开展较快的新式图画传感器，因为选用了相同COMS技能，因而能够将像素阵列与外围支撑电路集成在同一块芯片上，是一个完好的图画体系(Camera on Chip)。本体系选用的是Ommnvision公司推出的一块CMOS五颜六色图画传感器OV7620，分辨率为640×480。它能作业在逐行扫描办法下，也能作业在隔行扫描办法下。它不仅能输出五颜六色图画，也可用作是非图画传感器。这块芯片支撑的图画输出格局有很多种：1)YCrCb4:2:2 16 bit/8 bit格局；2)ZV端口输出格局；3)RGB原始数据16 bit/8 bit；4)CCIR601/CCIR656格局。其功用包含有对比度、亮度、饱和度、白平衡及主动曝光、同步信号方位及极性输出，帧速率和输出格局等都能够经过I2C 总线进行编程装备片内寄存器操控。
聚光镜头选用桑来斯公司出产的DSL103镜头。此镜头体积小，合适嵌入式视觉传感器的使用场合。
四、FPGA接口模块
FPGA选用Xilinx公司的xc2s100，这款芯片内部集成了10000个逻辑门。接口程序选用VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)书写。为了进步数据的传输速率，在xc2s100 内部分配了2个双口RAM缓冲区，其巨细为127KB，每个双口RAM存储1行的图画数据。两组双口RAM进行奇偶行计数器进行切换。当一行存储完毕后，当即向SH4传生一个读取该行数据的中止的恳求信号。FPGA内部结构如图2所示。 
这儿首要问题在于FPGA内部的双口RAM读写操作共用同一数据总线和地址总线，当一起进行读写操作的时分就会发生时序问题导致写入或读出的数据过错。在这两个过程中为了避免数据和地址总线抵触，在FPGA内部规划了一个中心总线裁定器。依据公共数据传输的先后顺序，中心裁定器先承受图画传感器的总线恳求，当图画存储到RAM之中后，中心裁定器才呼应单片机体系的读信号恳求。
这儿给出双口RAM的结构及读写操控程序：
Entity dual_port_ram is
Generic(d_width:integer:=2;
Mem_depth:integer:=8);
Port(clk:in STD_LOGIC;
CS:in STD_LOGIC;
We: in STD_LOGIC;
Indata: in STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
Outdata:out STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
Raddr,waddr:in STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0));
End dual_port_ram ;
Architecture data of dual_port_ram is
Type mem_type is array(3 downto 0) of
STD_LOG%&&&&&%_VECTOR(7 downto 0);
Signal mem:mem_type;
Begin
Process(clk,we,waddr)
Begin
If(rising_edge(clk))then
If(we=’1′)then
Mem(conv_integer(waddr))=indata;
End if;
End process;
Process(raddr,clk)
Begin
If(rising_edge(clk))then
If(CS=’0′)then
Outdata=mem(conv_integer(raddr));
End if;
End if;
End process;
End data;
在MAX Plux II中的波形仿真图如图3所示： 
五、单片机模块
本体系选用SH4芯片作为处理器：SH4单片机是日立公司推出的一款低功耗、高性能，RISC(精简指令集核算机)结构的全32位单片机。其处理速度可高达60M IPS一100MIPS，能在2.25v电压下作业，功耗仅400MW片内集成有32位乘法器、4路5KB CACHE、存取器办理单元MMU和其它一些通用接口及时钟电路等。日立公司为SH4系列单片机供给了c及c++言语集成编译东西HIM(Hitachi IntegrationManag)。使用它能够将日立C、C++格局的源程序编译链接为汇编程序或方针机器码.
图画传感器芯片OV7620具有灵敏的可编程功用，可经过I2C总线对其进行编程来设置各功用寄存器。因为单片机没有内部硬件I2C总线接口，所以只要选用软件模仿的办法完成I2C总线接口功用。取作为SH4的两个I/O引脚作为I2C总线的SCL和SDA总线器材接口，示例程序如下：
unsigned char rdiic (unsigned char addr);读取数据
void iic_init();初始化
void iic_start();起始信号
void iic_stop ();完毕信号
void delay4u();延时
举例
iic_init();/*初始化总线寄存器*/
rstcamera ();/*复位OV7620内部寄存器*/
wriic (0x11,0x15); /*设置OV7620内部寄存器0x11 的值为0x15*/
delay4ux6();
wriic (0x28,0x60); /*设置OV7620内部寄存器0x28 的值为0x60 */
delay4ux6();
本模块选用了人类能够辨认的ASCII串口通讯协议然后能够经过上位机便利的和人进行交互通讯。当连接到一台核算机上，本模块可经过串口上传整幅原始图画数据，用来进行体系调试或更高档得图画处理。
六、完毕语
本文选用大规模%&&&&&%芯片组成了一个简练，贱价的图画收集处理体系。本体系经过编制不同的图画处理算法程序能够使用在足球机器人，农产品查看机器人等不同场合。但其也有些缺乏，比方SH4处理器，运算速度不够快，只能运转一些相对简略的算法，不支撑以太网接口等。下一步作业计划选用双CPU结构，其间DSP专职处理图画数据，ARM担任网络通讯，以及对机器人行为的操控等。这样就可将机器人的“眼睛”经过以太网连接成一个杂乱的协同处理的视觉体系，以习惯更为杂乱的场景的需求。
参考文献
1、OV7620 single-chip CMOS CIF color digital camera Data Sheet. OmmVision,2001
2、王赤军。机器视觉－现代工业的眼睛。机电一体化。1999.3
3、钟玉琢等。 机器人视觉技能。 北京：国防工业出版社，2002
4、李振玉。图画通讯与监控体系。 北京：我国铁道出版社，2001
