摘要利用美国OmniVision公司的OV7620、Samsung公司的ARMS3C2410处理器构建种蛋图像的在线采集系统。通过S3C2410的GPIO编程实现SCCB总线协议,OV7620采用SCCB作为控制总线,设计人员可以很方便地对芯片中的控制寄存器进行访问编程操作以控制采集图像的格式和质量,并在S3C2410的实时控制下将种蛋图像数据直接保存到系统指定的数据存储位置,完全能够完成对种蛋图像的在线采集,实现了在无精蛋识别系统中的应用。
关键词OV7620;ARMS3C2410;种蛋图像;SCCB
中图分类号 TP399 文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)22-0029-02
ApplicationofARMS3C2410andOV7620inHatchingEggsVerificationSystem
MA Xiu-lian 1,2LI Long 1 *
(1 College of Computer and Information Technology,Northeast Petroleum University,Daqing Heilongjiang 163319; 2 College of Information Technology,Heilongjiang Bayi Agricultural University)
AbstractIn this paper,OmniVision"s OV7620 and Sumsung"s ARMS3C2410 were used to build the on-line image collection system of hatching eggs. The SCCB bus protocol was realized through programming on GPIO. Because SCCB was used as a control bus of OV7620,designers could easily access the control register on the chip for programming operations to control the format and quality of the images collected. The real-time control in S3C2410 would place the image data of hatching eggs directly to the storage location designated by the system. It could realize the online collection of images of hatching eggs high fidelity,the application in batching eggs verification system was also actualized。
KeywordsOV7620;ARMS3C2410;hatching eggs image;SCCB
目前,国内外孵化生产已由微机控制的孵化器替代了老式的孵化器。但孵化前无精蛋的剔除技术仍较简单且效率低,依然采用手持简易照蛋器在孵化的第5天进行。该方法工作量大,速度慢,人为因素影响较大,而且新鲜蛋孵化72 h后,品质降为乙级以下,不宜加工成蛋制品。由此浪费了大量食用蛋,消耗无用的能量,孵不出雏鸡的蛋中的细菌又污染正常的孵化蛋;破损率较高,特别是机外停留时间较长,影响孵化率的提高。因此,有必要在种蛋上孵前提供一种便携式分离无精蛋和受精蛋自动识别装置。
该文在充分分析已有成果的基础上[1-4],设计了一种基于ARM9+OV7620种蛋图像的在线采集系统。采用OV7620与ARM9芯片搭配,简化了系统结构,降低了系统设计成本,缩短了开发周期。图像采集系统仅用1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、实用。
1系统构成及其主要元器件功能
1.1系统构成
无精蛋识别系统主要由ARMS3C2410处理器、OV7620图像传感器、时钟电路、输出电路等组成。系统框图如图1所示。
1.2各主要部件功能
OV7620图像传感器在系统中的主要功能是采集种蛋图像,并对获取的图像进行抗混叠滤波、放大、A/D转换以及图像截取(开窗)等预处理,从而在指定的运行速度下最大程度地保证为系统提供的数字图像的质量。号码识别算法的优化和实现,以及对图像可能存在的污点等的处理在后续的识别模块中完成。ARMS3C2410处理器接收到OV7620采集种蛋图像数据后按事先设定的存放地址依次进行存放,接收完以后即进行数据处理和识别,然后将识别结果进行传输或保存。SCCB协议是OmniVision公司开发的串行摄像头控制总线(Serial Camera Control Bus),用于对CMOS图像传感器芯片中的寄存器进行读写[5]。系统通电后需对CMOS图像传感器初始化,以确定采集图像的开窗位置、开窗大小和彩色工作模式等,这些参数受OV7620内部相应寄存器的值控制,可通过SCCB总线对其进行设置。
2OV7620与S3C2410接口电路设计
接口电路的设计主要应考虑CMOS图像传感器与控制器S3C2410的数据输出电路接口、控制电路接口以及SCCB总线接口[6]。
2.1数据接口电路设计及数据传送
由于CMOS图像传感器的每一个成像单元像DRAM内存的存储单元一样被单独编址,且OV7620内部嵌入了1个8位A /D转换器,因而可以同步输出8位的数字视频流D[7...0]。因此,与其数据线连接就和DRAM一样,将数据线和S3C2410的数据总线直接连接即可。当OV7620工作于主设备方式时,它的YUV通道将连续不断地向总线上输出数据。如果将OV7620的YUV通道直接接在S3C2410的D0～D15数据总线上,则会干扰数据总线,使S3C2410不能正常运行;如果使用74LVS244等隔离,分时使用数据总线的方法,则会大大降低系统的运行速度,使S3C2410不能及时取走总线上的数据,造成图像数据不完整。由于S3C2410的数据总线宽度为32位,而Flash和SDRAM仅占用了低16位数据线D0～D15,将空闲的高16位数据线D16～D31设为GPIO,用于采集OV7620输出的16位图像数据。
2.2控制接口电路设计及控制方式
OV7620有4个同步信号:VSYNC(垂直同步信号)、FODD(奇数场同步信号)、HSYNC(水平同步信号)和PCLK(像素同步信号)。当采用连续扫描方式时,只使用VSYNC和HSYNC、PCLK 3个同步信号,为检测OV7620扫描窗口的有效大小,还引入了HREF水平参考信号。当CMOS图像传感器工作于逐行扫描方式时,在输出一帧同步信号后将输出一帧数据,在每一行数据前也会输出行同步信号,每一个像素有效信号触发一个点的信号输出,输出有效窗口由HREF信号决定。帧同步信号VSYNC标示一帧数据的开始。然后在每一个PCLK信号的作用下,传感器从左到右依次输出每一个像素数据。当输出的像素数据为有效数据时,HREF为有效电平。当一帧的所有数据都输出后,则又产生一帧同步信号VSYNC,开始下一帧数据的传输。根据以上时序图的特定,可以采用DMA的传送方式来实现图像传感器到DRAM的数据传输。可以使用帧同步信号VSYNC作为主控制器的一个中断输入信号,以初始化DMA控制器,用水平同步信号HREF作为一个外部中断输入信号,以统计每行数据的输出,用输出数据同步信号PCLK作为DMA传送的请求信号(Request),以请求传输一个像素的数据信息。当用SCCB将OV7620初始化后,使与VSYNC对应的程序中断,在Vsync_IRQ()中断服务程序中判断是否已取得一帧数据。若是,则在主程序的循环体中进行数据处理;若不是,则使能HSYNC对应的中断,并将y置为0。在Hsync_IRQ()中断服务程序中,判断HREF的有效电平,若有效,则y加1,x置为0,并使能PCLK对应的中断。在Pclk_IRQ()中断服务程序中,判断HREF的有效电平,若有效,则z增加,同时采集一个像素点的图像数据。
2.3SCCB总线接口电路设计
OV7620的控制采用SCCB协议。SCCB是简化的I2C协议,SIO-l是串行时钟输入线,SIO-0是串行双向数据线,分别相当于I2C协议的SCL和SDA。由于I2C和SCCB的一些细微差别,所以采用GPIO模拟SCCB总线的方式。SCL所连接的引脚始终设为输出方式,而SDA所连接的引脚在数据传输过程中,通过设置IODIR的值,动态改变引脚的输入/输出方式。SCCB的写周期直接使用I2C总线协议的写周期时序,而SC-CB的读周期则增加一个总线停止条件。
CMOS图像传感器目前普遍采用I2C总线功能集中的一个子集,因此,该接口比一个完整的主I2C总线更简单。硬件连接只需将OV7620的SIO-C、SIO-D分别与S3C2410的SCL,SDA相连即可。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Don’t care和NA。Don’t care位由从机产生;NA位由主机产生,由于SCCB不支持多字节的读写,NA位必须为高电平。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,必须发送总线停止条件。否则在发送读命令时,从机将不能产生Don’t care响应信号。接口线路连接如图2所示。
3结论
该设计是基于32位处理器的嵌入式图像采集系统,通过S3C2410的GPIO编程实现SCCB总线协议,OV7620采用SCCB作为控制总线,设计人员可以很方便地对芯片中的控制寄存器进行访问编程操作以控制采集图像的格式和质量,并在S3C2410的实时控制下将种蛋图像数据直接保存到系统指定的数据存储位置。设计中直接将主控制器S3C2410与图像传感器连接,再加上一些存储芯片,构成一个简单的图像采集系统,因而与其他大多数基于PC机的图像采集系统相比具有结构简单、成本低、体积小、功耗低、通用性好等优点,特别适合一些对体积、成本、功耗有较高要求的应用,如目前市场上的指纹识别系统等。因此,该系统具有广泛的应用价值和一定的研究意义。
4参考文献
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