飛思卡爾模擬攝像頭信號(hào)調(diào)理電路

眾所周知，飛思卡爾的比賽有兩個(gè)關(guān)鍵的電路設(shè)計(jì)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和道路傳感器電路。對(duì)于攝像頭賽題，道路傳感器是現(xiàn)成的（當(dāng)然不排除很多學(xué)校自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的攝像頭比如針孔攝像頭等等），重點(diǎn)在對(duì)于道路傳感器的返回信號(hào)處理上。在這我會(huì)分析一個(gè)現(xiàn)有的幾大處理方式，并且給我出的設(shè)計(jì)方案。

模擬和數(shù)字，這一直是讓人不知道如何取舍的問(wèn)題。模擬攝像頭的高功耗，主動(dòng)采光，低噪聲，受人青睞。而數(shù)字?jǐn)z像頭的采光補(bǔ)償，數(shù)字輸出，低功耗也讓人頗為心動(dòng)。連續(xù)六屆飛思卡爾比賽，都是采用16位單片機(jī)，相對(duì)于數(shù)字?jǐn)z像頭的大信息量。有的隊(duì)伍采用了AL422B這樣的FIFO（先進(jìn)先出寄存器）作為信號(hào)寄存器，從而采集到更多的，更大的信息量。在80M的主頻下，XS128能讀取一行的點(diǎn)數(shù)大約為106個(gè)，我做過(guò)一個(gè)嘗試，大約40行就是XS128的存儲(chǔ)極限了，這樣，不利于程序的運(yùn)行和圖形的分析。而那時(shí)候的模擬攝像頭加二值化電路卻是風(fēng)靡一時(shí)。無(wú)論是清華的DA動(dòng)態(tài)閾值，北科的電容遲滯比較電路，都是不可超越的經(jīng)典。電壓比較器，算是被用到了極致。當(dāng)時(shí)淘寶上，一片北科的AD8032被炒作到20元一片，可見(jiàn)一斑。從固定閾值電路到帶滯回的閾值電路，再到動(dòng)態(tài)二值化，電路越來(lái)越復(fù)雜，隨之問(wèn)題也越來(lái)越多。后來(lái)，手創(chuàng)還利用簡(jiǎn)單的PNP反相器電路，設(shè)計(jì)了一個(gè)將PAL信號(hào)反相后比較的電壓比較器。號(hào)稱(chēng)自動(dòng)閾值，效果之爛，設(shè)計(jì)之瑕疵，處處可見(jiàn)。

怎么說(shuō)呢，在16位單片機(jī)時(shí)代，數(shù)字?jǐn)z像頭確實(shí)不是很好的選擇。但是，當(dāng)?shù)谄邔瞄_(kāi)放了32位單片機(jī)后，強(qiáng)大的DMA和堪稱(chēng)神速的兆級(jí)IO口讀寫(xiě)速度，超大的RAM，讓數(shù)字?jǐn)z像頭的崛起成為了可能。圖像可以完全被采集和處理，處理速度也是毫厘之間，K10成為了攝像頭組新的寵兒。

相比之下的模擬攝像頭，由于依仗了模擬電路處理視頻信號(hào)，其不靈活性，復(fù)雜性導(dǎo)致了各種未知問(wèn)題的出現(xiàn)。不論是中斷采集信號(hào)，還是IO讀取信號(hào)的處理方式，都讓XS128頗為吃力。同時(shí)多個(gè)中斷的開(kāi)啟，對(duì)XS128更是噩夢(mèng)。

總有人說(shuō)，數(shù)字?jǐn)z像頭特性不好不好，額，好吧我同意。但是這些不厭其煩的強(qiáng)調(diào)數(shù)字和模擬區(qū)別的人，卻忽略了最根本的一點(diǎn)。那就是什么是數(shù)字，什么是模擬。數(shù)字?jǐn)z像頭，最根本的就是CMOS元件。模擬攝像頭大多是CCD元件。前面說(shuō)的模擬攝像頭就是CCD元件的。這種攝像頭是主動(dòng)采光式。而CMOS則是被動(dòng)受光式。很多強(qiáng)調(diào)模擬信號(hào)無(wú)敵的人得嘴里，OV5116P是一個(gè)神話(huà)一般的攝像頭。請(qǐng)注意，這個(gè)攝像頭是CMOS的！換句話(huà)說(shuō)，這個(gè)攝像頭的圖像輸出是和OV7620并無(wú)二致，如果說(shuō)有區(qū)別，只能是輸出信號(hào)的卻別。北科能用這種攝像頭跑出全國(guó)之最，并不能說(shuō)明數(shù)字?jǐn)z像頭的落伍，只能說(shuō)明CMOS的強(qiáng)大。相比之下，我非常喜歡CMOS攝像頭自動(dòng)曝光功能。雖然這個(gè)功能影響了圖像的動(dòng)態(tài)性，但是卻幫助我們輕而易舉的設(shè)定固定閾值，應(yīng)對(duì)各種環(huán)境，其可靠性，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自行設(shè)計(jì)的模擬電路。這是CMOS的優(yōu)勢(shì)。而在這個(gè)條件下，我更青睞CMOS攝像頭，至于數(shù)字的OV7620還是模擬的OV5116會(huì)在下文做出分析。

OV5116P

OV7620

索尼CCD

基本上OV5116是最小的，最輕的，也是最簡(jiǎn)單的。

在這里，想說(shuō)的就是攝像頭的問(wèn)題，為什么這么多學(xué)校選擇OV5116，最重要的一點(diǎn)，線(xiàn)少，板子輕便。攝像頭的矛盾在于失真和高度，前瞻，角度之間的矛盾。攝像頭的高度越高，角度越小，或者說(shuō)越趨近于平行，那么失真就越小，但是隨之而來(lái)的，重心太高，采集角度太廣，容易出現(xiàn)雜波。

上海交大采用了數(shù)字的針孔攝像頭，平行安裝，高度30cm+其目的就是為了得到失真小，圖像范圍適中的圖像。

同樣，優(yōu)秀的智能車(chē)設(shè)計(jì)中，攝像頭近乎平行放置是非常重要的，但是，這種放置的圖像太過(guò)寬闊，需要人為矯正，并且這種放置方法也不利于防止光線(xiàn)干擾。

南方的攝像頭組一般傾向于低重心，平行的數(shù)字?jǐn)z像頭。而北方卻傾向于二值化的數(shù)字?jǐn)z像頭，架高。很有南北方的特色。

北方的做法確定了北方的模擬必然發(fā)展迅速，南方的做法也為南方的數(shù)字打下了基礎(chǔ)。

   個(gè)人非常贊同北方的做法，但是很不喜歡北方的調(diào)理電路，復(fù)雜多變。

   CCD的采光是主動(dòng)式，但是也正因如此，CCD不具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，所謂的分割閾值變化，主要是來(lái)自架高攝像頭帶來(lái)的問(wèn)題和前瞻過(guò)遠(yuǎn)的影響。所以0V5116P正是很好的解決這一問(wèn)題的方法，但是同類(lèi)的攝像頭不止OV5116P，OV5116P的圖像穩(wěn)定性也并非最好，大家可以自己去探討有沒(méi)有更好的攝像頭。當(dāng)PAL輸出信號(hào)能自動(dòng)補(bǔ)償后，那些復(fù)雜的外圍電路就可以忽略，簡(jiǎn)單的閾值比較器足以。

   另外，視頻緩沖器也是很重要一部分，這相當(dāng)于變相的提高了閾值電壓精度，保證修PAL信號(hào)的穩(wěn)定。貼一下LM1881和視頻緩沖器的電路。

視頻緩沖器

在這里強(qiáng)調(diào)一個(gè)概念PAL信號(hào)需要75歐阻抗輸出，當(dāng)然在智能車(chē)中無(wú)關(guān)緊要。

再來(lái)個(gè)LM393的單限比較器

當(dāng)然這一切電路的基礎(chǔ)是建立在穩(wěn)定的信號(hào)輸出的基礎(chǔ)上，OV5116P并不能滿(mǎn)足需求。