[九九原创]智能车比赛中关于单片机图像采集方法的分析和展望

jjldc · 发表于 2009-5-2 11:48:20

智能车比赛中关于单片机图像采集方法的分析和展望

jjldc 九九于2009年5月
本文为九九原创，转载请务必注明出处，谢谢

回顾

　　智能车比赛至今已近开展了将近4年，取得了不小的成绩，期间关于摄像头图像采集的方法各式各样，百花齐放，我今天就来做个小小的总结吧：）

　　在第一届比赛中，摄像头还是个稀奇的东西，当时比赛清一色光电管，很少有见到采用视频的。
清华的卓晴老师写了一篇《基于面阵CCD的赛道参数检测方法》应该是这方面的启蒙之作。在这一届比赛中，上交的《速度之星》给大家留下了深刻的印象，也使第二届比赛决赛阶段产生了摄像头方案一统江山的局面。九九原创 http://shop35388432.taobao.com

　　在第二届比赛中，大量的采用摄像头小车出现，因为那上交的那份极其详细全面的技术报告，绝大多数队伍都使用了模拟摄像头+LM1881==>MCU A/D的方案，超频成为了那个时侯的流行。
　　在第二届的决赛阶段，个人了解有两个学校提出了不同的技术方案，其一是华南理工的模拟摄像头+SAA7113视频解码+AL422B视频FIFO方案。另一种，就是九九（就是我）采用的OV7620数字摄像头+FIFO方案。这两个车在第二届比赛中都取得了较好的成绩，经受了实战的考验。九九原创 http://shop35388432.taobao.com

　　第三届比赛，进行了摄像头和光电管分组，在这一届比赛中，OV系列CMOS数字摄像头被大量的使用，但FIFO似乎用的不多，一般都是直接将 CMOS的Y口进单片机，连续采样，MCU速度越快，图像分辨率越高。其中，又出现了一个另类的技术方案，也在这里提一下，就是“某学校”的一MM，采用价格不菲的条码扫描振镜，进行赛道检测。在试车时，我在现场非常激动，以为我一直推崇的多摄像头方案终于有人做了！后来才明白，原来是这个高科技！利用激光和振镜扫描的原理，使这个小车在赛道分辨率和前瞻距离上，都远超光电管，接近摄像头；而利用规则的漏洞，他们属于光电管组~很不错！九九原创 http://shop35388432.taobao.com

　　在第三届比赛中，还有一个亮点，就是上海大学的发烧友玩家做的“白骑士”，其终于提出CCD摄像头，“在运动条件下拍摄的图像画质明显高于CMOS摄像头”这一观点，并用实际表现证明了这一点。九九原创 http://shop35388432.taobao.com

　　根据多年制作和指导小车比赛的经验，也确实能够证明CCD在同样光线条件下，更佳的感光度，更少的图像噪声。目前智能车速度已经接近5m/s，在这个速度条件下，图像的清晰度已经是制约赛车进行　　赛道识别的最大问题，大量的模糊图像很容易使图像算法得到错误的结果。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
　　所以，在今年第四届比赛中，我预计将有大量队伍专用CCD摄像头，以满足小车在高速运动时图像模糊的致命弱点。

分析

下面，我简单分析下目前各视频采集方案的优劣：

1. 模拟摄像头（CCD和模拟CMOS）+ LM1881 ==》 MCU A/D
这个方案应该说是最经典的方案，九九原创 http://shop35388432.taobao.com
优点：成本低（LM1881只要10元，摄像头我这只要45元）；方案实现简单（只需根据几个同步信号，开启AD连续采集即可）；九九原创 http://shop35388432.taobao.com
缺点：需要A/D速度支持，以获得高分辨率。A/D速度与MCU总线时钟有关，所以需要超频，但MCU稳定性必须牺牲。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
改进：为提高图像采集的分辨率，有的队伍引入高速片外AD，效果也很不错，如上海大学白骑士，AD采用5510这类已足够，价格15元左右

2. 模拟摄像头（CCD和模拟CMOS） + SAA7113视频解码 + AL422B ==》 MCU IO
这个方案个人所知只有第二届华南理工用过
优点：经典的图像采集方案，为各视频采集卡和其他产品所应用，能完整采集整幅图像。
            摄像头兼容性好，可以随时更换更好的摄像头，获得更清晰图像，而采集部分软硬件不需要做太大改变九九原创 http://shop35388432.taobao.com
缺点：方案复杂，涉及大量逻辑操作，一般用CPLD或FPGA配合。在智能车比赛中，规定不能使用可编程器件，使用74做逻辑功能，控制几个芯片较为复杂，体积、可靠性都很难保证，制作难度较大。
            涉及IIC操作，增加调试时间难度。

3. 数字摄像头（CMOS数字：OV7620等） ==》 MCU IO
这个方案是网友们提出的，其监视数字摄像头的VSYN和HREF信号，每行开始时，连续读取MCU与CMOS连接的数据口Y口。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
优点：数字摄像头方案，采集简单，无需A/D
缺点：与模拟摄像头+AD类似，采集分辨率与MCU频率相关。数字摄像头信号输出频率可高达13.5MHz，没有DMA功能MCU从IO读信号再写入内存，速度跟不上，同样需要牺牲稳定性进行超频使用。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
            因为没有引入PCLK视频同步信号，直接采集CMOS数据口，有可能会采集到不稳定的数据（即CMOS数据口状态正在改变时）这一点可能造成严重的干扰
            CMOS模块性价比极低，CMOS芯片只需20-30元，售价200元

4. 数字摄像头（CMOS数字：OV7620等）+ FIFO ==》 MCU IO
具体实现方案请看：http://blog.ednchina.com/jjldc/226336/message.aspx
优点：这个方案克服了方案3中MCU速度与CMOS不匹配的问题，采用FIFO作为缓冲，可以采集完整图像。图像采集分辨率与FIFO容量有关。九九原创 http://shop35388432.taobao.com
缺点：FIFO价格较高，特别是大容量。
            若使用视频FIFO，性价比较高，但同样有方案2中大量逻辑器件的问题。
            CMOS模块性价比极低，CMOS芯片只需20-30元，售价200元

5. 待补充

展望

在第四届小车比赛中，期待有更多精彩独特的方案登场。
本人预测，将有如下几个趋势，希望引起大家注意：

大量高速车采用CCD摄像头
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摄像头增加舵机能控制转向（包括左右转向和上下转向）
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很可能出现多摄像头方案

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九九小铺，供应：

MC9S12DG128、DG256、DT256、DP512、NE64等芯片
45元CCD摄像头，适合智能车比赛
供应8/16/32位通用Freescale BDM仿真器，Mini外形，低价优质。

zhou_1989 · 发表于 2009-5-2 16:19:05

今年条码让不让玩?

robinyuan · 发表于 2009-5-10 01:23:16

如此好文无人知

我来帮你顶

顺便问一下，

因为没有引入PCLK视频同步信号，直接采集CMOS数据口，有可能会采集到不稳定的数据（即CMOS数据口状态正在改变时）这一点可能造成严重的干扰

没有同步信号，COMS也工作吗？是不是上电就工作了

zxq6 · 发表于 2009-5-10 09:25:03

虽然不懂，但是帮顶

jjldc · 发表于 2009-5-12 19:07:59

【2楼】 robinyuan

没有同步信号，COMS也工作吗？是不是上电就工作了

CMOS上电就开始工作
这个同步信号，PCLK，是CMOS往外送的，每个PCLK上升沿，cmos的数据口送出一个像素的数据

bbandpp · 发表于 2009-5-12 19:49:03

虽然没参加过智能车比赛，但做过全国大学生电子设计大赛的小车，顶一下。

ssso2004 · 发表于 2009-5-22 23:41:06

虽然不懂，但是帮顶

fengpc · 发表于 2009-5-23 01:41:34

CCD的方案我们早已抛弃了，第三届比赛前几名就只有上海大学用模拟输出的CCD摄像头，监控摄像头的参数是自己调节随时会变的，有时候会导致意料之外的效果。北航用的条形码扫描器第四届已经被明确归到摄像头组。实际应用没必要买CMOS模块，买芯片自己做就可以了，就是性能好的CMOS芯片价格比一般的单板CCD还贵。

pengyimin · 发表于 2009-7-20 10:51:22

看樣子飛思卡爾車子的比賽
比全國賽
高上不止一個檔次啊
上次聽說飛思那邊的CPU。。。超頻超到80M，RAM128K
我無語
我們用mega64，8Mcpu,2keeprom。。。8k外部ram。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

xuepeng2000 · 发表于 2009-7-20 22:01:34

记号楼主挺强的

xiao5333 · 发表于 2009-7-20 22:31:41

我有个方案，可以试验下：

用IMU（惯性测量单元）和3轴加速度传感器在试车时或第一圈慢跑，精确记录赛道，第2圈根据记录的数据疯狂的加速吧！哈哈！

比赛不是记录最好一圈成绩吗？

jjldc · 发表于 2009-7-20 22:43:55

试车时记忆的策略去年已经有，但毕竟风险挺大

今年的比赛也已经开始了~~

fengpc · 发表于 2009-7-20 23:28:16

今年比赛只能跑一圈，记忆不管用了。而且，摄像头组的没必要做记忆

johnson-syc · 发表于 2009-7-31 09:54:16

不错，学习了，虽然没有参加智能车赛，但是准备参加全国电赛，受益匪浅，呵呵

weifeng99 · 发表于 2009-7-31 10:47:58

顶!
准备参加第五届。
还请楼主留下QQ，方便以后请教！

772689366 · 发表于 2009-8-3 20:20:34

最近正准备弄一下小车，lz的文章很好

annsnake · 发表于 2009-8-10 15:37:42

受益匪浅

desire · 发表于 2009-8-17 22:30:59

好文章.记号

money32 · 发表于 2009-8-22 15:19:24

请教楼主：您给的淘宝网址为什么显示没有该店铺呢？

wangdong · 发表于 2009-8-22 15:24:09

LZ，不错，呵呵，

wangguanfu · 发表于 2009-8-22 15:25:20

数字摄相头俺门的----------不高价，15--25RMB，呵呵

jjldc · 发表于 2009-8-22 17:10:21

【20楼】 wangguanfu
ls咋开卖摄像头来啦~ 我这还有N个这种手机摄像头，没资料用不起来。。。。

【18楼】 money32 请教楼主：您给的淘宝网址为什么显示没有该店铺呢？
上班了没时间开店了。。。东西差不多卖光了，今年智能车比赛也结束了，所以就没继续做淘宝了

wangguanfu · 发表于 2009-8-25 20:35:27

呵呵，有需求就有供应啦
我也爱玩这个东西呢

ndust · 发表于 2009-8-25 20:51:54

LM110 · 发表于 2009-8-26 15:32:22

随没玩过，但是直觉告诉我这是好文章，所以顶顶顶~！~！~！·

illiucong · 发表于 2009-8-26 17:44:20

不知道上述讲的记忆赛道具体制的是什么,只有圆形或者椭圆赛道而已吗?? 还是还有赛道旁边其他标志物体呢?

我目前的工作就是摄象机方面的,对于CCD还知道一点,现在深圳华强北的安防时常就有那种调好焦距的社相头,大概100多一点一个吧,接线也很方便.你们是放在LCD上显示吧,如果用CCD的话还是要解决好A/D转化速度的问题.为什么?因为图象数据处理不过来.

目前的摄象机都用DSP 处理数据了,而这样的比赛还是16位MCU ,数据当然处理不过来.

jjldc · 发表于 2009-9-26 22:19:20

http://v.youku.com/v_playlist/f2367262o1p9.html

给个今年8月结束的第四届比赛的视频给大家看看好了

今年我们学校的成绩也挺好，得了个第五名恭喜他们了

duanduanr · 发表于 2009-9-28 12:00:46

很好!

694789602 · 发表于 2009-10-4 12:53:40

libra_boy · 发表于 2009-12-23 20:33:18

mark

50833713 · 发表于 2010-1-26 23:53:54

LZ已经毕业工作了，没时间整这个了，呵呵

zhupingheng · 发表于 2010-1-27 19:55:31

不错，呵呵，牛啊

tianjingyi · 发表于 2010-3-15 01:03:32

今年要参加比赛了，学习学习！！！！！！！！

choiy · 发表于 2010-3-15 01:37:22

我认识人。争个奖学金都可以吵架的。

gzhuli · 发表于 2010-3-15 01:38:01

回复【33楼】armok 阿莫
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而且我发现，淘宝上凡是和“XX竞赛”相关的器件，总是卖得比正常价格高。

xiaolei0428 · 发表于 2010-3-15 08:21:28

armok · 发表于 2010-3-15 08:28:27

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

zhang_mike2000 · 发表于 2010-3-15 10:27:57

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我在中科院上班时，单位分福利房，所有人斗过你死我活。虽然表面上看起来很和谐。
这是人的本性。

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就和国内的产品一样，包装外观都不错，打开盖后就没法看了。

joni · 发表于 2010-3-15 10:41:35

mark

m0o0m · 发表于 2010-3-15 12:51:30

哇哦

wuzhenhede · 发表于 2010-3-29 10:05:07

虽然你很强，但是在这里卖产品不仅令人心里很不爽

naini · 发表于 2011-3-16 23:57:09

标记标记

naini · 发表于 2011-3-16 23:57:24

标记标记

uoow · 发表于 2011-3-19 20:03:39

楼主文章防伪防伪 www.——————.com

“font color="#d1d9e2">防伪 www.——————.com</font”

ohmytime · 发表于 2011-3-20 08:56:54

看见说几句话，就插播广告，我就恶心！
纯粹的广告帖！

ken_ly · 发表于 2011-6-21 17:51:28

标记着，放假了慢慢看。要考试了。。。

everchanging · 发表于 2011-6-23 22:00:24

mark

wwqq · 发表于 2011-9-13 13:24:09

标记标记

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