基于ARM的紧凑型图像采集系统

1、基于arm的紧凑型图像采集系统利用7(lpc2210)与感光芯片(ov7620)实现了一个紧凑型圈像采集、处理系统；通过夸理利用lpc2210数据的工作方式，有效地消退了ov7620对系统数据总线的干扰。sccb控制，图像数据的采集、处理以及传输都由一片lpc22lo完成，特殊适合于对功耗、体积要求较严格的应用。0v7620是一种cmos图像，它被广泛应用在网络摄像头、摄像手机等产品中。由它组成的图像采集系统，比较频繁的设计办法为ov7620搭配ov5ll+或。ov511+或cpldfpga采集的图像数据通过总线或双端口ram输出到pc或(arm、等)，由pc或mcu对图像数据举行进一步的处理

2、。本文所设计的图像采集系统仅用一个arm芯片就实现了ov7620的功能控制、时序同步、数据采集与处理等功能，系统结构紧凑、有用。1 硬件结构ov7620是cmos彩色黑白图像传感器。它支持延续和隔行两种扫描方式，vga与qvga两种图像格式；最高像素为664492，帧速率为30fp8；数据格式包括yuv、ycrcb、rgb三种，能够满足普通图像采集系统的要求。ov7620内部可编程功能寄存器的设置有上电模式和sccb编程模式。本系统采纳sccb编程模式，延续扫描，16位rgb数据输出。系统硬件结构框图1所示。arm芯片选用具有arm7tdmi内核的lpc2210，通过lpc2210的gpio模

3、拟sccb总线协议，控制ov7620的功能寄存器。用法lpc2210的3个中断引脚引入ov7620的图像输出同步信号vsync、hsync、pclk，以中断方式同步图像数据输出。ov7620的yuv通道输出的16位并行数据通过lpc2210的高16位数据线接入。sst39vf160和is61lv25616al为扩展的flash和sram，分离用作程序存储器和数据存储器。2 详细实现21 ov7620的功能控制ov7620的控制采纳sccb(seriai camera controlbus)协议。sccb是简化的i2c协议，sio-l是串行时钟输入线，sio-o是串行双向数据线，分离相当于i2c

4、协议的scl和sda。sccb的总线时序与i2c基本相同，它的响应信号ack被称为一个传输单元的第9位，分为dont care和na。dont care位由从机产生；na位由主机产生，因为sccb不支持多字节的读写，na位必需为高电平。另外，sccb没有重复起始的概念，因此在sccb的读周期中，当主机发送完片内寄存器地址后，必需发送总线停止条件。不然在发送读指令时，从机将不能产生dont care响应信号。因为i2c和sccb的一些细微差别，所以采纳gpio模拟sccb总线的方式。scl所衔接的引脚始终设为输出方式，而sda所衔接的引脚在数据传输过程中，通过设置iodir的值，动态转变引脚的输

5、入输出方式。sccb的写周期挺直用法i2c总线协议的写周期时序；而sc-cb的读周期，则增强一个总线停止条件。ov7620功能寄存器的地址为0x000x7c(其中，不少是保留寄存器)。通过设置相应的寄存器，可以使ov7620工作于不同的模式。例如，设置ov7620为延续扫描、rgb原始数据16位输出方式，需要举行如下设置：i2csendbyte()为写寄存器函数，它的第1个参数ov7620为宏定义的芯片地址0x42，第2个参数为片内寄存器地址，第3个参数为相应的寄存器设定值。22 ov7620时钟同步ov7620有4个同步信号：vsync(垂直同步信号)、fodd(奇数场同步信号)、hsync

6、(水平同步信号)和pclk(像素同步信号)。当采纳延续扫描方式时，只用法vsync和hsync、pclk三个同步信号，l所示。时为检测ov7620扫描窗口的有效大小，还引入了href水平参考信号。lpc2210的3个外部中断引脚分离作为3个同步信号的输入，相应的中断服务程序分离为vsync_irq()、hsync_irq()和pclk_irq()。在内存中定义一个二维数组存储图像数据，一维用变量y表示，用于水平同步信号计数；二维用变量x表示，用于像素同步信号计数。图像采集的基本流程为：当用sccb初始化好ov7620后，使能vsync对应的中断，在vsync_irq()中断服务程序中推断是否已

7、取得一帧数据。若是，则在主程序的循环体中举行数据处理；若不是，则使能hsync对应的中断，并将y置为o。在hsync_irq()中断服务程序中，推断href的有效电平，若有效，则y加1，x置为o，并使能pclk对应的中断。在pclk_irq()中断服务程序中，推断href的有效电平，若有效，则z增强，同时采集一个像素点的图像数据。23 图像数据的输出速度匹配在ov7620的3个同步信号中，pclk的周期最短。当ov7620用法27 mhz的系统时钟时，默认的pclk的周期为74 ns。而lpc2210的中断响应时光远远大于这个值。lpc2210的最大中断延迟时问为27个处理器命令周期，最小延迟

8、时问为4个命令周期，再加上中断服务时光、现场复原时光等，完成一次中断响应的时问要大于730个命令周期。当lpc2210用法最高系统频率60 mhz时，它的中断响应时光远大于o20，6 s，所以只能将ov7620的pclk降频。通过设置时钟频率控制寄存器，可将pclk的周期设为4s左右。24 图像数据的接入当ov7620工作于主设备方式时，它的yuv通道将延续不断地向总线上输出数据。假如将ov7620的yuv通道挺直接在lpc2210的dod15数据总线上，则会干扰数据总线，使lpc2210不能正常运行；假如用法74hc244等隔离，分时用法数据总线的办法，则会大大降低系统的运行速度，使得lpc

9、2210不能准时取走总线上的数据，造成图像数据不完整。因为lpc2210的数据总线宽度为32位，而flash和sram仅占用了低16位数据线d0d15，困此可以采纳图l中的办法，将空闲的高16位数据线d16d31设为gpio，用于采集ov7620输出的16位图像数据。2.5 图像数据的复原ov7620采纳16位输出方式时，y通道和uv通道的数据输出格式如表l所列。从表l中可以看出，每一行y通道和uv通道交替输出上一行的重复数据和本行的新数据。而在一行之内，b数据只在奇数列浮现，r数据只在偶数列浮现。下面以一个55的像素点阵为例，具体介绍图像数据的复原。首先定义一个515的字节型数组，在pclk

10、_irq()中断服务程序中读取55个像素点的图像数据；然后对图像数据举行插值，奇数点则在数组的延续3个字节中存入b、g、0，偶数点则存入o、g、r；最后对当前行的每一个字节与下一行对应列的每一个字节求平均值，即可算出当前行的rgb值。而在每一行内，奇数点的r数据和偶数点的b数据可通过分离对其两侧的2个点的r和b数据求平均值得到。这样，一幅图像就复原好了。可以挺直存成二进制文件(本系统采纳串口输出到pc举行显示)，或者增强bmp位图文件头信息，存成bibitcount=24的dib位图文件；也可用lpc2210对此图像数据举行进一步的处理，如指纹识别等。3 结论本系统的图像采集速度主要受限于lpc2210的中断响应时光，假如采纳带有dma控制器，并且具有更高处理速度的arm芯片，可大大提高囫囵图像采集系统的速度。例如，采纳具有arm9内核的，其最高系统频率达203 mhz，完成一次dma传送的时光约为30 n