双CMOS图像传感器的抗晕光图像采集系统设计

2 系统硬件设计
    本抗晕光图像采集系统是由图像采集和图像处理组成。其中，图像采集部分由两路OV7620图像传感器实现；图像处理则由TMS320C6414实现。EPM3128通过编程设置输出每个存储器地址。其系统框图如图1所示。

2．1 图像采集部分
    在抗晕光图像采集系统中，TMS320C6414通过通用GPIO端口模拟I2C总线，设置OV7620的内部寄存器参数．使其完成相应功能。OV7620可提供00H～7CH共125个寄存器，用于控制传感器，可设置传感器的快门方式、积分时间、A／D转换器工作特性、伽马校正和开窗口位置、输出数据格式、帧频、像素时钟等参数。其中，直接影响像元积分时间的寄存器为曝光量控制寄存器、时钟预分频器寄存器和帧频调整寄存器。OV7620通常默认为I2C总线上的主器件，可将寄存器29的第6位置1，将其改为I2C总线的从器件，因此，I2C总线的主器件TMS320C6414可对0V7620写操作。当TMS320C6414的引脚SBB为低电平，才能完成I2C总线初始化，此时OV7620作为从器件，支持400 Kbit／s的7位地址数据传输协议。将OV7620内部寄存器28的第5位置1即为逐行扫描方式；寄存器13、14的第5位置0即16位的YUV422-640x480像素的数字图像数据(高8位为亮度信号，低8位为色度信号)；输出设置25帧／s。OV7620的视频时序电路产生行同步、场同步、混合视频同步等同步信号和像素时钟等内部时钟信号，EPM3128根据这些同步信号确定图像的读写操作以及相关处理。本系统采用单帧图像数据输出处理方式。EPM3128通过I／O端口将IS6lLV51216的引脚CE、WE、LB、UB置为低电平，OV7620则将16位图像数据输入至IS6lLV51216。OV7620的内部控制位SRAM信号为高电平表示处于外部RAM状态，此时所有的数据总线变为三态并准备发送数据。OV7620向外部SRAM输出单帧图像数据的时序图如图2所示。首先判断传感器的内部控制位SRAM，当SRAM为高时OV7620进入外部RAM，接着通过EPM3128发送初始化脉冲至AGCFN来获得一帧数据。但由图2看出移出的数据并不完全是有效图像数据，有效图像数据是由HREF(水平参考输出)、VSYNC(场同步信号)共同确定。因此需判断VSYNC是否为1且HREF上升沿是否到来。如果是上升沿则表明传感器开始输出有效数据。当HRFF=l时，像素时钟PCLK计数，并把计数值传输至外部SRAM的地址总线，同时将OV7620输出的图像数据DATA传输给SRAM的数据总线，对外部SRAM写操作；当HRFF=O时，计数暂停。OV7620发送完一帧数据后VSYNC=0，因此，可通过判断VSYNC是否为O来停止计数器计数并结束图像采集。

2．2 图像处理部分
    TMS320C6414是TI公司推出的一款高性能数字处理器，具有强大的硬件结构和软件系统，可适用于抗晕光图像采集系统。TMS320C6414的L2容量为l024KB，通过cache配置寄存器(CCFG)的L2MODE字段把L2配置为第5种模式，即把片内SRAM设置为768 KB。TMS320C6414经EMIFA端口，以EDMA方式将图像数据同步读入内部SRAM。增强型直接存储器访问(EDMA)用于实时图像数字信号处理，可在CPU后台完成存储空间中的数据转移，把外部存储器中的图像数字信息快速、高效地传输到DSP内部SRAM中。设置EER控制寄存器的EVT4位为l，即采用EDMA的第4通道(EDMA4)采集图像数据。该通道配置为32位传输方式，每次中断搬移一帧图像数据存入内部SRAM。为了同步采样，第一路OV7620的SRAMl和VSYNCl可通过与非门控制两路OV7620同步采样并分别存储到各自连接的IS6lLV51216中；VSYNCl下降沿标志OV7620一帧图像数据输出结束，VSYNCl经反向器接至TMS320C6414的AF5引脚触发EDMA4中断，并同时读取IS6lLV51216中存储的图像数据。CPU采用阈值化分割算法来处理图像信息。在TMS320C6414控制下同步进行图像信息的传输和处理，完全满足系统的实时要求。TMS320C6414外接40 MHz的晶体振荡器，CLOKMODE[l：0]设置为10，使其内部频率高达480 MHz。DSP通过I／O端口检测OV7620的同步信号VSYNC、CHSYNC以及像素时钟PCLK，保证DSP能够准确读取OV7620输出的数字图像数据。在同步信号和像素时钟的干预下保存采集的数字图像数据，保证传输数字图像的完整性。图3所示为第一路图像采集系统硬件电路图。

3 系统软件设计
    在CCS(Code Composer Studio)编译环境下，采用C语言和线性汇编进行编程。计算机通过JTAG接口把编译成功的系统程序写到外部Flash中，使软件在硬件平台上高速、稳定、可靠运行。系统软件设计流程如图4所示。

    TMS320C6414采用阈值化分割算法，即把第一路OV7620的曝光时间设定为1／50 s，将采集到的图像信息存储到存储器1中(通过EPM3128设置存储器l的地址最高位为0，即为0XXXXXXXXXXXXXXXXX)；把第二路OV7620的曝光时间设定为l／l 000 s，把采集到的图像信息存储到存储器2中(通过EPM3128设置存储器2地址的最高位为1，即为lXXXXXXXXXXXXXXXXXX)。两路OV7620在TMS320C6414控制下同步采样同一景物，并设置亮度阈值为245。TMS320C6414从存储器l中依次读取每一个存储单元的数值并判断其亮度值。如果该像素点的亮度值小于245，无晕光，则把该像素值和地址值暂存到DSP内部的SRAM中；如果该像素点的亮度值大于或等于245，并有晕光产生，则丢弃该存储单元数据，而从存储器2对应地址(0XXXXXXXXXXXXXXXXX换成lXXXXXXXXXXXXXXXXX)单元中读取像素值和地址值。存储完一行像素后。判断所有像素地址的起始位是否为l。若起始位为l，说明有晕光产生。此时取该像素值以及前后各3个像素值，共7个像素值求平均值，把平均值代替该像素值，直到该行像素处理完后输出；若起始位不为l，说明无晕光产生，直接输出像素值。若晕光在一帧图像的开头或者结尾产生，则只取符合条件的像素值求平均值。该算法可以根据具体采样的不同信息自由设置阈值大小，求平均值像素的总数，具有良好的灵活性。
    采用索尼DCR—DVD808E数码摄像机及Plink数据采集卡，通过PC机采集单幅静止图像。第一次实验，相机曝光时间设定l／50 s的采集图像，汽车车灯亮度较强，产生晕光，所以无法分辨车灯外部轮廓以及车牌号，而光线相对较暗的远处人群可以看见；第二次试验，相机曝光时间调整为1／1 000 s的采集图像，亮度较强的车灯外部轮廓以及车牌号均可见，而远处人根本看不见。利用MATLAB对两幅图像进行阈值化分割算法仿真，阈值设为245，经过处理后的整体图像比较清晰达到预期效果。图5所示为MATLAB仿真图。

4 结语
    抗晕光采集系统在交通安全方面彻底消除汽车行车时产生的晕光，大大减少交通事故的发生，从而保障人民生命财产安全。而在工业电弧焊机焊接方面，该系统不但可以保护操作人员的身体健康，而且还大大提高焊接质量。因此，抗晕光采集系统的研究具有重要的实用价值。