孟祥斌 馬斌 韓中華 沈陽建筑大學信息與控制工程學院(遼寧沈陽 110168)

　　摘要：討論了CMOS攝像頭數字圖像傳感器應用于表具數字圖像采集的可行性，給出了基于單片機結合CMOS圖像傳感器OV7670的表具數字圖像采集系統設計。

　　關鍵詞：圖像采集;AT89LV51;OV7670

　　引言

　　近年來，隨著我國信息產業建設的不斷發展以及人民生活水平的逐步提高，人們對住房的要求越來越高，逐步把目光放在了家居智能化、數字化、人性化等方面，而各種耗能表具作為智能建筑的重要組成部分也越來越受人們的關注。抄表形式已經從手工發展成為現在的半手工、自動化抄表。目前攝像式抄表比較流行，其結構簡單，在表具機械字輪顯示窗口前安裝一個攝像頭，攝像頭拍照采集表具信息，將拍到的數字圖像傳給上位機[1]。目前，采集表具數字圖像常用的是CCD攝像頭，CCD電荷耦合器件是主要的實用化固態圖像傳感器，它具有讀取噪聲低、動態范圍大、響應靈敏度高等優點。CMOS圖像傳感器是近年發展起來的一種新型固體圖像傳感器，由于采用了相同的CMOS工藝，可以將像素陣列與驅動電路和信號處理電路集成在同一塊芯片上。而且，CMOS圖像傳感器芯片集成了A/D轉換芯片，除了輸出模擬視頻外，還可以直接輸出數字視頻信號和同步信號。這就使得利用CMOS圖像傳感器構成圖像采集系統的硬件電路非常簡潔。與CCD攝像頭相比，CMOS圖像傳感器將整個圖像系統集成在一塊芯片上，體積小，功耗低，電路簡單，成本低等優點。筆者設計了基于單片機的表具圖像采集系統，采用OV7670 CMOS圖像傳感器采集表具數字圖像，利用單片機將表具圖像數據存儲到外部數據存儲器，并結合數字圖像處理和模式識別技術對表具數字進行數字信息處理，實現在硬件采集系統中對表具數字的采集和處理。

　　圖像采集系統設計

　　表具數字圖像采集系統主要組成部分有單片機、OV7670 CMOS攝像頭、LCD顯示器、通信接口以及數據存儲器，系統框圖如圖1所示。單片機作為系統的控制核心，控制OV7670圖像傳感器采集表具數字圖像，將表具圖像數據存儲在擴展的外部數據存儲器中，利用數字圖像處理和模式識別技術讀取表具數字，也能通過系統設置的串口通信模塊將表具數字發送到上位機計算機能夠在直觀顯示采集的圖像數據，同時使表具數字信息處理結果統一管理。單片機還可以控制電源模塊，當采集表具數字圖像時電源模塊對OV7670供電，完成圖像采集時，可停止對OV7670供電，具有節電功能。

　　表具數據圖像采集主要芯片(1)單片機：本系統采用ATMEL公司的AT89LV51 3.3V 8位單片機，其內部含有32個輸入/輸出口，2個定時/計數器，5個中斷源，2個外部存儲器，既可以利用匯編語言編寫程序，也可以用C語言編寫程序，對于軟件開發來說十分方便。

　　(2)OV7670圖像傳感器：OV7670是美國OmniVision 公司的彩色/黑白CMOS 圖像傳感器。這是一種自帶圖像敏感陣列和A/D 轉換元件、能直接提供8位RGB/YUV等格式視頻數字信號的彩色/黑白圖像傳感器，圖像輸出最高速度可達30幀/s，最大圖像分辨率為640×480，3.3V 供電;它具有自動增益、自動白平衡、邊緣增強、伽瑪校正等控制功能;可以通過SCCB(兼容I2C總線)總線進行設置;同時OV7670 具有圖像開窗輸出的功能，即允許用戶可根據實際使用需要設置其內部寄存器，使其只輸出完整圖像中的任意一個矩形區域內的信號，支持VGA，CIF和從CIF到40×30的各種尺寸。

　　(3)BS62LV256存儲器：BS62LV256是BSI公司的高速、低功耗存儲器，容量為32×8bit。

　　系統圖像采集接口

　　將數字圖像傳感器OV7670攝像頭安裝在表具字輪窗前垂直方向，距離表具字輪窗口約5cm，經過多次試驗發現攝像頭容易受外界光源等環境的影響比較大，因此采集電路中設置了補光模塊，采用四個高亮LED進行補光，使得圖像采集過程中在滿足攝像頭照度的同時盡可能少的受外界環境影響。圖像采集電路如圖2所示，OV7670的數據接口D0～D7通過鎖存器74HC573與單片機的P0口連接，實現8位數據傳輸。OV7670的SCCB接口(兼容I2C總線接口)與單片機的P1.1，P1.2口相連，通過單片機產生的I2C總線信號對OV7670工作寄存器進行初始化，初始化配置攝像頭寄存器具體方法：首先發送OV7670的地址0X42，然后發送寫數據的目的寄存器地址和數據，完成OV7670圖像傳感器的初始化配置;通過單片機的I/O口控制OV7670的場同步信號(VSYNC), 行同步信號(HREF), 像素時鐘信號(PCLK)獲取需要的表具數字圖像信號。