视觉导引车控制系统硬件设计(11)
图3.14 方案所选摄像头
3.4.3 视频分离电路
由于选用了模拟CCD摄像头，输出的模拟视频信号中除了包含图像信号之外，还包括了行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号、前均衡脉冲、后均衡脉冲等。因此，若要对视频信号进行采集，首先要处理好的问题是如何提取出摄像头信号中的行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲。因为摄像头只有一个模拟信号输出端，在软件实现中要周期性的采集图像信息，必须知道每一行每一场的起始，这样从摄像头输出信号中提取行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲显得尤为重要。在这里我们使用了LM1881芯片对黑白全电视信号进行视频同步分离，得到行同步、场同步信号。其工作输出如图3.15：
图3.15 视频分离芯片输出信号图
图中：a为视频信号，b为复合同步信号，c为场同步信号，d为奇偶场同步信号。实际从摄像头的Video信号线得到的视频信号如图a,图b为LM1881处理得到的行脉冲，如果分辨率是320*480的话，那么脉冲大约是65us一次。而图c是场同步脉冲，
对Video信号线中的连续的脉冲进行检测然后决定场同步信号。
其电路原理图如图3.16：
图3.16 LM1881电路原理图
3.4.4 图像先期处理电路
由于摄像头输出的黑白全电视信号为PAL制式的模拟信号，所以必须经过相应的图像处理模块进行相应转换之后才能由单片机进行处理，即把视频模拟信号离散成数字信号，这就要用到模数转换技术。
数字化一般有两种方法，第一种是通过硬件电路进行黑白赛道的判断，即通过比较器对摄像头的灰度信息进行分立，灰度大于某个值的赋值为1，灰度小于某个值的赋为0，但是难点在于确定黑白阈的分界点，并且因为现场光线的不同而不同，系统适应性比较差，故放弃之。
对于AD转化部分，我们有两种方法，一种是使用单片机内部自带的AD模块，所用单片机为组委会推荐使用的新一代单片机XS128。XS128内置了2个10位/8位的A/D模块ATD0和ATD1，通称为模数转换器(ATD)。
S12 单片机的AD 转换时间在不超频的情况下最短为7us，所以如果选用一个分辨率为480 线的摄像头， 则单行视频信号持续的时间约为20ms/480=41.6us，AD 对单行视频信号采样的点数将不超过[41.6/7]+1=7个。若使用分辨率为640 线的摄像头，则单行视频信号持续的时间约为20ms/640=31us，AD 对单行视频信号采样的点数将不超过[31/7]+1=5个。这就是说，分辨率越高，单行视频信号持续的时间就越短，AD 对单行视频信号所能采样的点数就越少。如前所述，摄像头的分辨率越高，尽管可提高纵向分辨能力，却会减少单片机AD 采样单行信号的点数，削弱了横向分辨能力。现在市场上摄像头的分辨率通常都在300 线以上， 由此推得单行视频信号的持续时间至多为20ms/300=66us 左右，AD 采样每行视频信号的点数至多为[66/7]+1=10 个（不超频情况下），这对赛车定位来说是不够的。需要考虑外加AD转换芯片，进行信号的数字化。
常见的AD芯片有很多，按转化精度分，有8位输出的、12位输出的、16为输出的。按工作频率有50KHz的、有20MHz的、有60MHz的、有120MHz的。还有功耗、供电电压、最小失真、外围电路等方面的考虑。而本次设计从精度、工作频率功耗、供电电压、外围电路等方面进行了选择，对于该系统而言，8位精度足够。而因为摄像头信息量大，但处理周期很低，需要高度处理，又考虑到单片机所提供的频率，我们定在20M到30M之间，加上功耗、外围电路等方面，我们选择了TLC5510和MP8775两款产品，但MP8775并不是很常用，而TLC5510使用较为广泛，故确定用美国德州仪器(TI) 公司生产的8位高速A/D转换器TLC5510，它可提供最大20Msps的采样率。使用外部A/D转换器电路后，我们每行图像最多可以采集274个点，大大提高了赛道检测的信息量并提高了信息处理的灵活度。