基于STM32与OV7670的简陋型光流模块

lcw_swust

首先上传电路和程序：


还有两个VB上位机用于调试：


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简介：
此模块是利用STM32F103CBT6驱动OV7670摄像头模组，可作简单的图像处理，打算用于四轴飞行器的悬停。
实际应用中可能会不理想，假如环境太单调，那效果就不好。
听说PX4FLOW做得挺好，查了下好像挺贵。
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OV7670驱动原理:
电源(DOVDD,AVDD)为2.5V左右(HT7333输出串1N4148降压，因为我没有HT7325),
DVDD采用OV7670内部的LDO(1.8V),外部只需接一只电容.
单片机为STM32F103CBT6，采用HSI时钟,PLL倍频到64MHz,可省去外部晶振.
由于只需要处理灰度图像,OV7670配置为YUV格式,Y在前,
TIM4_CH1的捕获分频设置为2分频,就可以只采集Y（亮度）.
TIM3_CH3产生XCLK,(16MHz对应VSYNC约20HZ,实测最低约8MHZ)
TIM4_CH1检测PCLK(4MHz),下降沿捕获,滤波为1,二分频,触发DMA,采集PA0~PA7的数据至数组DMA_Buf.
TIM3_CH4检测VSYNC,下降沿捕获中断,控制DMA的关与开.
HREF忽略.

引脚连接:
PA12:                        LED
PA0~7:                        OV7670_D0~D7
PB0(TIM3_CH3):        OV7670_XCLK
PB1(TIM3_CH4):        OV7670_VSYNC
PB2:                        OV7670_RST
PB7(TIM4_CH2):        OV7670_HREF(可省略)
PB6(TIM4_CH1):        OV7670_PCLK
PB10:                        OV7670_SIO_C
PB11:                        OV7670_SIO_D
PB12:                        OV7670_PWDN

建议:
        为加快速度,SIO_C与SIO_D可加外部上拉电阻

注意:
        看了下SCCB时序,貌似与IIC略有区别,指定地址读数据时:
        OV7670:        ...IICWByte(add);IICACK(0);IICEnd();IICStart();...
        普通IIC:...IICWByte(add);IICACK(0);         IICStart();...
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图像处理：
上次图像中部区域(按STEP间隔)存入数组MID_Buf，在当前采集的
图像中遍历，寻找差值最小的位置，从而得到座标增量。

程序中配置摄像头为YUV格式，窗口为160*80像素，得到80*80的Y（亮度）数据；
中心区为40*40像素，STEP设置为5,也就成了8*8的稀疏点阵，处理一幅图像大约耗时45ms.
(由于接收图像还需要时间，所以程序中约100ms处理一次)
程序经KEIL3编译后：Code＝12054 RO-data=358 RW-data=48 ZI-data=8608；
可以看出代码量和内存消耗都不大。

图像处理核心算法：
（注意，由于二维数组访问速度较低，真实的代码略有优化，详见附件）

1. //--------------------------------------------------
   
2. //变量定义
   
3. //--------------------------------------------------
   
4. U8         DMA_Buf[CAMHEIGHT][CAMWIDTH];//本次采集的摄像头数据
   
5. U8         MID_Buf[MIDHEIGHT][MIDWIDTH];//上次中部区域的数据
   
6. //--------------------------------------------------
   
7. //计算差值的绝对值
   
8. //--------------------------------------------------
   
9. __INLINE U8  caldif(U8 v1,U8 v2)
   
10. {
    
11.         if(v1>v2)return v1-v2;
    
12.         return v2-v1;
    
13. }
    
14. //--------------------------------------------------
    
15. //图像处理：用上次图像中部区域去与当前采集图像（从x,y
    
16. //开始的区域）求差，寻找差值最小的位置，
    
17. //从而得到x增量（MovIncX）与y增量（MovIncY）
    
18. //--------------------------------------------------
    
19. void PicProcess(void)
    
20. {
    
21.         U16 i,j,x,y;
    
22.         U32 dif,min=0xffffffff;        //差值，最小值
    
23.         U16 minx,miny;                        //最小值处的左上角座标
    
24.         //--------遍历整个当前图像，查找与之前中部图像相差最小的位置       
    
25.         for(y=0;y<CAMHEIGHT-MIDHEIGHT;y++)//从上到下
    
26.         {
    
27.                 for(x=0;x<CAMWIDTH-MIDWIDTH;x++)//从左到右
    
28.                 {               
    
29.                         dif=0;//误差清0                       
    
30.                         for(i=0;i<MIDHEIGHT;i+=STEP)
    
31.                         {
    
32.                                 for(j=0;j<MIDWIDTH;j+=STEP)
    
33.                                 {//计算当前图像中的点与上次图像中部区域的点的差值
    
34.                                         dif+=caldif(DMA_Buf[y+i][x+j],MID_Buf[i][j]);//误差累加       
    
35.                                 }
    
36.                         }
    
37.                         if(min>dif)//误差小于当前最小值，则记最小值为当前值，且记下座标
    
38.                         {
    
39.                                 min=dif;
    
40.                                 minx=x;
    
41.                                 miny=y;
    
42.                         }
    
43.                 }
    
44.         }
    
45.         //------------------------------计算座标增量
    
46.         if(min>30000)min=30000;//此句可省，是为了便于串口发送该值
    
47.         if(min<15*(MIDHEIGHT/STEP)*(MIDWIDTH/STEP))//允许平均每个点15的误差
    
48.         {
    
49.                 MovIncX=minx-MIDX;//x增量
    
50.                 MovIncY=miny-MIDY;//y增量
    
51.                 MovX+=MovIncX;//模拟成鼠标的绝对座标，便于查看
    
52.                 MovY+=MovIncY;       
    
53.                 if(MovX<-1000)MovX=-1000;//限幅
    
54.                 if(MovX>1000)MovX=1000;       
    
55.                 if(MovY<-1000)MovY=-1000;
    
56.                 if(MovY>1000)MovY=1000;
    
57.         }       
    
58.         //------------------------------复制当前中部区域
    
59.         for(i=0;i<MIDHEIGHT;i+=STEP)
    
60.         {
    
61.                 //memcpy(MID_Buf[i],DMA_Buf[MIDY+i]+MIDX,MIDWIDTH);
    
62.                 for(j=0;j<MIDWIDTH;j+=STEP)
    
63.                 {
    
64.                         MID_Buf[i][j]=DMA_Buf[MIDY+i][MIDX+j];                       
    
65.                 }
    
66.         }
    
67.         //------------------------------串口查看误差与座标
    
68.         UART1_SendByte(0xaa);
    
69.         UART1_SendByte(6);       
    
70.         UART1_SendByte(min>>8);
    
71.         UART1_SendByte(min);                       
    
72.         UART1_SendByte(MovX>>8);
    
73.         UART1_SendByte(MovX);       
    
74.         UART1_SendByte(MovY>>8);
    
75.         UART1_SendByte(MovY);
    
76. }

复制代码

下面是一些照片：
模块电路和照片：








将采集的图像发送出来用上位机查看：

将误差和座标发送出来用上位机查看：

8*8点阵去匹配当前图像的效果图，为避免GIF太大，只做了前5行的效果：

发送座标时的GIF图：


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补充一下：
测了下工作电流，约47mA
“处理一幅图像大约耗时10ms"，这里写错了，应为45ms.
忘了传OV7670的资料了：

lcw_swust

ICPACHONG 发表于 2015-10-10 14:11
可以测移动方向，但没加测距的无法实现测量位移距离吧

是啊，所以一般要配合超声波模块。

lcw_swust

这两天找了下BUG:
MIDHEIGHT/STEP应改为(MIDHEIGHT+STEP-1)/STEP,宽度的同理
y<CAMHEIGHT-MIDHEIGHT应改为y<CAMHEIGHT-MIDHEIGHT+1,x同理
DMA可以一直工作不需停止.
OV7670的配置略有改动.
目前遗留的问题：
OV7670易丢帧（有VSYNC但无PCLK），特别是在光线剧烈变化的时候，估计是配置的问题

上位机改用C++builder编写，能支持更高的波特率，因为VB太过占用CPU。

lcw_swust

ZYBing 发表于 2015-10-21 08:49
不错，图片里的是楼主吗？

是啊，相素较低，看起来没那么帅

lcw_swust

2201 发表于 2015-12-25 11:33
串口呢？

若想达到高于115200的波特率，建议用USB转TTL模块。