图像采集系统的研究与设计摘要：该设计利用CMOS图像传感器的可编程特性，设计了以16位飞思卡尔单片机MC9S12XS128为主控芯片的数字图像采集与处理系统。由摄像头OV7670采集图像；FIFO帧存储器AL422B进行数据缓存，解决了单片机与OV7670之间速率的不同步问题；最后进行了硬件和软件设计，成功实现了摄像和拍照两个功能，并由3.5寸TFT液晶实时显示拍到的图像。该系统结构简单，通用性强，可方便地移植到各种类型的处理器，在本系统设计的基础上，配合适当的应用程序，可以广泛应用于摄像、监控、安防、识别等各个领域。关键词：图像采集；S12单片机；OV7670摄像头；FIFO；TFTLCD中图分类号：TN964?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）04?0094?040引言无论是在道路两旁还是商店，公共场所等都离不开电子眼。在公路两旁可以帮助维护交通，在商店，公共场所可以保护人们的利益和安全。还有指纹识别、电子门禁等等这些都离不开电子眼。目前基于PC机的图像采集，系统功能强大，有成熟的技术及产品。但是这样的采集系统携带性差，很多场合下也不适合使用，给人们的生活带来很多不便。而且此系统的成本高，采集图像占用资源多。基于此本文设计了一种系统稳定可靠，成本低廉，携带方便，具有很强的现实意义和广泛的应用前景。1系统方案设计本设计是通过采用MC9S12XS128单片机为主控芯片，主要是用OV7670摄像头、显示屏和存储器来构建图像采集和处理系统，以实现图像的采集、显示和缓存等功能。先以OV7670摄像头采集物体图像，然后采集数据被送至缓存区，最后通过MC9S12XS128控制将图像显示在LCD屏。还可以通过按键选择摄像和拍照。系统总体设计如图1所示。2硬件设计硬件平台设计主要有3部分，分别为核心控制部分、图像采集部分、图像显示和缓存。平台构建以S12单片机为核心，搭建图像采集、显示和缓存电路，需要时添加必要的外围和扩展电路，使硬件具备扩展性，分考虑后续开发以适应小同的应用场所。如图2为系统的硬件平台框图[1]。2.1主控芯片选择本系统采用飞思卡尔公司的MC9S12XS128单片机为主控芯片。飞思卡尔（FREESCALE）系列单片机成本低、性能高，配置灵活等。它采用哈佛结构和流水线指令结构，同时还提供多种集成模块和总线接U能够灵活地运用到不同的领域中，其中包括IIC总线模块，串行通信接U模块SCI，串行外围接口模块SPI，MSCAN08控制器模块，通用串行总线模块（USB/PS2）等[2]。本系统主要用到的是该单片机的输入捕捉功能。其输入捕捉功能结构如图3所示。2.2图像采集模块图像采集主要OV7670摄像头及缓存器构成，采集过程如下：先有摄像头采集到图像数据，在把图像数据通过控制器的控制存入缓存，为进一步的后续处理做好准备。由s12单片机通过I2C总线与OV7670摄像头连接。可以实现对OV7670摄像头的控制，简单易行[3]。由于S12单片机只有8KB的RAM，而采集一帧320×480的图像数据大概要154KB并且工作频率也不能和摄像头的像素PCLK频率保持匹配，为解决上述问题，需采用一片FIFO先进先出存储器作缓存，本系统采用的是AverLogic公司推出的存储容量为3MB的视频帧存储器AL422B[4]。本系统采用OmniVision公司的CMOS图像传感器0V7670芯片采集图像。OV7670，体积小，工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB总线的控制，能够输入子采样、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影像数据，该产品VGA图像最高可以达到30f/s，用户能够自己完全控制图像质量、数据格式和传输方式，图像处理功能过程包括伽玛曲线、饱和度、白平衡、色度等都可以通过SCCB接口编程。OmniVision图像传感器可以应用独有的传感器技术，通过减少甚至消除光学和电子缺陷，如固定图案噪声、托尼、浮散等，来提高图像质量，得到清晰稳定的彩色图像[5]。2.3OV7670、AL422B与单片机接口电路SCL和SDA分别为SCCB协议的时钟线和数据线控制端。行同步信号和单片机一个GPIO口通过一个与非门来实现FIFO的写操作控制，由摄像头的PCLK像素同步信号实现FIFO的写时序控制，保证了数据写入的同步、正确；RE端直接接地，由GPIO口模拟RCK时序进行选择性的读操作。OV7670、AL422B与单片机接口电路如图4所示2....