果園四旋翼飛機監(jiān)控圖像采集優(yōu)化處理

方雅仟+馬靜+鄒治風(fēng)+齊明洋

摘要：果園一般都地處偏僻，并且面積較大，容易受到動物的啃食以及不法分子的偷盜，人工巡查費時費力，果園四旋翼飛機能夠?qū)崿F(xiàn)無人機自主探測與跟蹤，同時是研究無人機項目的重大課題。本文以四旋翼為開發(fā)平臺，RX23T-R5F523T5A為主控MCU，以集成FIFO模塊的OV7620攝像頭進行圖像采集，設(shè)計圖像采集系統(tǒng)，詳細介紹系統(tǒng)圖像采集方案和系統(tǒng)核心技術(shù)——圖像數(shù)據(jù)存儲，圖像數(shù)據(jù)處理，以及圖像處理涉及的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

關(guān)鍵詞：機器視覺；OV7620；AL422；圖像數(shù)據(jù)

基金項目：吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資助項目（編號：2017035）

中圖分類號： TP391.41 文獻標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.22.064

隨著無人機廣泛應(yīng)用于軍、工、農(nóng)、商領(lǐng)域，無人機的自主飛行、定位、尋跡、跟蹤、避障等功能成為無人機研究者需要解決的技術(shù)難題。隨著對圖像采集技術(shù)與圖像顯示技術(shù)的研究，圖像采集系統(tǒng)與圖像顯示系統(tǒng)在各個領(lǐng)域中得到了廣泛運用，例如用于果園監(jiān)控、地域勘測以及醫(yī)療遠程監(jiān)控等方面、優(yōu)化圖像采集與圖像數(shù)據(jù)分析技術(shù)對無人機勘測監(jiān)控技術(shù)在未來科技領(lǐng)域擁有廣泛市場具有重要意義。本文以RX23T-

R5F523T5A單片機設(shè)計的圖像采集系統(tǒng)為例，對四旋翼圖像采集與數(shù)據(jù)處理技術(shù)進行詳細的分析與論述。

1 四旋翼圖像數(shù)據(jù)采集與存儲

1.1 圖像數(shù)據(jù)采集

OV7620是一款彩色COMS型攝像頭器件，單一型，小體積封裝，分辨率可達640×240，每秒傳輸速率最高可達30幀，自帶SCCB總線接口，具有自動增益、自動進行亮度和飽和度對比、自動控制白平衡等圖像處理功能，適用于各種場景。但是為了提高圖像質(zhì)量，彌補醫(yī)療設(shè)備在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域存在的不足，通過對圖案噪聲，托尼，浮散等方面的圖像數(shù)據(jù)處理，從而采集到更清楚的圖像信息。RX23T-R5F523T5A單片機內(nèi)部的RAM處理器可以進行圖像信息的采集和圖像處理，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對提升，進而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率。單片機內(nèi)部的USB總線或雙端口RAM實現(xiàn)圖像采集信息和PC或MCU端口的通信連接，得到的圖像數(shù)據(jù)由PC或MCU端分析處理。同時使用OV7620模塊能夠有效的較少系統(tǒng)的外部硬件電路配置，將OV7620攝像頭自帶的功能引腳和數(shù)據(jù)處理端口和單片機進行信號的匹配，通過對軟件開發(fā)環(huán)境的程序編寫，達到對OV7620攝像頭模塊的控制效果。

1.2 圖像數(shù)據(jù)存儲

采用AL422芯片作為視頻緩沖器，其存儲容量為384k×8bit，存儲結(jié)構(gòu)為先進先出，并且所有的尋址，刷新等操作都由集成在芯片內(nèi)部的控制系統(tǒng)完成，由于目前一幀圖像包含640×480或720×480個字節(jié)，市面上很多視頻存儲器由于容量有限只能存儲一場圖像信息，無法存儲一幀圖像信息，AL422容量很大，可以存儲一幀圖像的完整信息。并且AL422芯片價格比較便宜，適合本圖像系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)緩沖，故作為圖像信息存儲器，通過軟件編程的來控制AL422芯片，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。OV7620攝像頭與AL422BFIFO搭配使用具有以下優(yōu)點：功耗低（5V 供電，80mA 電流，功耗低）。噪聲少（攝像頭數(shù)據(jù)自動存儲在FIFO 芯片中，MCU 主動去讀取，將不會因為MCU 與攝像頭速度不同步而采集到無效數(shù)據(jù)）?？膳渲茫ㄓ脩艨梢酝ㄟ^IO 隨意配置攝像頭寄存器已達到自己的理想效果）。

2 圖像處理

圖像處理是指使用計算機對圖像進行分析的一門技術(shù)、計算機處理的圖像可分類為：二值化圖像、灰度圖像、索引像、RGB彩色圖像等。圖像處理一般使用的方法有：圖像變換、圖形編碼壓縮、圖形增強與復(fù)原、圖像分割、圖像描述、圖像分類等。

2.1數(shù)據(jù)處理

為了得到高質(zhì)量圖像并且滿足實時性要求，本文使用六十四位的單片機對攝像頭采集的信息進行處理。

當(dāng)OV7620工作于主設(shè)備方式時，它的YUV通道將連續(xù)不斷地向總線上輸出數(shù)據(jù)。如果將OV7620的YUV通道直接接在LPC2210的DO～D15數(shù)據(jù)總線上，則會干擾數(shù)據(jù)總線，使LPC2210不能正常運行；如果使用74HC244等隔離，分時使用數(shù)據(jù)總線的方法，則會大大降低系統(tǒng)的運行速度，使得LPC2210不能及時取走總線上的數(shù)據(jù)，造成圖像數(shù)據(jù)不完整。由于LPC2210的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，而Flash和SRAM僅占用了低16位數(shù)據(jù)線D0～D15，因此可以采用空閑的高16位數(shù)據(jù)線D16～D31設(shè)為GPIO，用于采集OV7620輸出的16位圖像數(shù)據(jù)。

為了能夠得到更加高質(zhì)量的圖像，需要高位單片機來對攝像頭采集的信息進行處理，所以選R5F523T5A單片機作為系統(tǒng)主控，R5F523T5A單片機操作簡單，開發(fā)環(huán)境友好，且擁有大容量得到Flash存儲器，所以綜合各方面需求，故采集用R5F523T5A單片機作為本系統(tǒng)的主控芯片。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對系統(tǒng)不斷測試與調(diào)試，最后能夠通過將OV7620攝像頭采集圖像通過TFT彩屏顯示出來，最后可以吧OV7650攝像頭模塊采集到的數(shù)據(jù)信息通過TFT顯示屏顯示出來進而為果園監(jiān)控以及巡查方面提供幫助，并且總結(jié)以下幾點經(jīng)驗：

首先要找到合適的攝像頭類型。因為攝像頭的種類不同就會有不同的環(huán)境來選擇，而且在功能和參數(shù)上存在差異性，所以一旦選擇的不合適就會對圖像數(shù)據(jù)的采集產(chǎn)生嚴重影響；對采集到的圖像數(shù)據(jù)進行存儲處理，然后對圖像采集的數(shù)據(jù)線進行存儲處理，這樣做既可以保存好采集的數(shù)據(jù)，也可以對大數(shù)據(jù)進行部分處理；如果想要獲得高質(zhì)量圖像，就要加強處理圖像采集到的信息，從而提高圖像質(zhì)量。

參考文獻

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作者簡介：方雅仟，在讀本科生，研究方向：智能控制與制造。

通訊作者：齊明洋，碩士，助教，研究方向：新能源與智能控制技術(shù)。endprint