單片機(jī)的視覺(jué)系統(tǒng)

1、單片機(jī)的視覺(jué)系統(tǒng)視覺(jué)傳感器，采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存便宜，比他們更容易選擇界面-videcon或CCD。安德魯拉塞爾描述了一個(gè)基于 DRAM的聰明的視覺(jué)系統(tǒng)中的所有接口和圖像處 理功能是由一個(gè)8751單片機(jī)提供。本文介紹了一種二元結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉的視覺(jué)系統(tǒng)中的所有接口和數(shù)據(jù)處理功 能是由英特爾的8751單片機(jī)進(jìn)行。視覺(jué)傳感器是一個(gè)64千位動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯 片，提供一個(gè)圖片的分辨率高達(dá) 256 X 128像素的能力。圖像處理算法，實(shí)現(xiàn) 在視覺(jué)系統(tǒng)和對(duì)象統(tǒng)計(jì)信息是通過(guò)串行接口傳輸?shù)街鳈C(jī)。由此產(chǎn)生的制度實(shí)施后 僅使用四種突出的集成電路和組件鑒定和柔性制造系統(tǒng)環(huán)境檢查合適。微機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)DRAM的光學(xué)傳感器

2、8751計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)正被用于越來(lái)越多的工業(yè)為各種檢查，零件辨識(shí)和控制任務(wù)。動(dòng) 態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM ）的電路已發(fā)展為這些應(yīng)用12二元光學(xué)傳感器?；?于DRAM的視覺(jué)系統(tǒng)是非常低的成本，并與數(shù)字電子產(chǎn)品直接兼容。這些優(yōu)勢(shì) 是不同意的替代類(lèi)型系統(tǒng)可供videcon或CCD （電荷耦合器件）的視覺(jué)傳感器 - 這原本是相對(duì)昂貴的電視顯示器與兼容性而設(shè)計(jì)的，因此不提供輸出，可容易訪問(wèn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)。對(duì)于許多檢查和鑒定任務(wù)的 videcon或更高分辨率的CCD傳感 器不是必需的，在這種應(yīng)用中基于 DRAM的系統(tǒng)可以是一個(gè)更具成本效益的解 決方案。本文介紹了一個(gè)智能視覺(jué)傳感器中的所有接口和圖像處理功能是

3、由英特爾的 8751單片機(jī)進(jìn)行。8751包含了一個(gè)完整的8位微處理器以及EPROM中，內(nèi)存， 兩個(gè)定時(shí)器，全雙工的I / O端口和并行I / O線(xiàn)。在8751到這些資源用于： ?直接控制的DRAM光學(xué)傳感器，IS32 OpticRAM美光科技公司制造的。?在DRAM上執(zhí)行數(shù)據(jù)的地址，解擾和插值功能。?無(wú)論是傳送的圖像壓縮格式中的一個(gè)主機(jī)或執(zhí)行圖像處理算法和傳輸所產(chǎn)生 的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，一臺(tái)主機(jī)電腦。在8751為基礎(chǔ)的視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)只包含四個(gè)包括 OpticRAM集成電路。該接口由 類(lèi)似DRAM的視覺(jué)系統(tǒng)所需的電子產(chǎn)品大量被淘汰。此外，一個(gè)真正的智能傳感器，納入創(chuàng)建范圍內(nèi)的8751視覺(jué)處理功能。作為一種

4、視覺(jué)傳感器的DRAM一個(gè)DRAM的存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)單元陣列的信息， 每個(gè)組成一個(gè)電容和晶體管4。 圖1顯示了存儲(chǔ)單元的布局。數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭胍韵虏僮?，一個(gè)存儲(chǔ)單元。? 一個(gè)8位的行地址是建立在DRAM的地址線(xiàn)。Column?行地址選通脈沖（RAS）是斷言，導(dǎo)致行地址譯碼器，選擇256行的線(xiàn)路之一。 256晶體管Q連接到選定的排線(xiàn)是打開(kāi)和轉(zhuǎn)移相關(guān)的電容C充電到一列線(xiàn)。?收費(fèi)由存儲(chǔ)單元的是再生放大，列線(xiàn)送入回重新建立原始電量的電容器。? 一個(gè)8位的列地址，提出對(duì)DRAM的地址線(xiàn)。?列地址頻閃（CAS）是斷言，發(fā)起之一 256列感放大器甄選并指揮其輸出到 OUT（ DOUT端）的DRAM引腳數(shù)據(jù)。如果一

5、個(gè)內(nèi)存寫(xiě)操作所需的第（DIN） 的引腳上的數(shù)據(jù)資料將被路由到，選定檢測(cè)放大器，從而相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。對(duì)存儲(chǔ)單元的充電電容往往泄漏了。 如果數(shù)據(jù)要保留的收費(fèi)，必須意識(shí)到面前有 腐爛完全消失，并恢復(fù)到原來(lái)的水平。存儲(chǔ)單元的充電操作恢復(fù)被稱(chēng)為刷新和發(fā)生在一讀或?qū)懼芷谑窃谕恍械膯卧襁M(jìn)行。如果光線(xiàn)事件對(duì)他們的電容器電 荷衰減率增加。因此，如果所有的電容充電，適當(dāng)長(zhǎng)度的tinqe之前經(jīng)過(guò)允許讀取內(nèi)存會(huì)被發(fā)現(xiàn)，某些位已損壞的細(xì)胞。那些被損壞的位將來(lái)自遭受了比那些沒(méi) 有損壞照明上級(jí)電容器。如果存儲(chǔ)單元的物理布局可以決定將有可能找到了電路 的領(lǐng)域的光強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值，從而產(chǎn)生一個(gè)事件照明二進(jìn)制圖像。在65

6、536 IS32集成電路存儲(chǔ)器單元被分為兩個(gè)區(qū)域之間的一個(gè)包含檢測(cè)放 大器領(lǐng)域。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用的大視野中的差距將是不能接受的，因此只有細(xì)胞的兩組被使用。攝像系統(tǒng)光學(xué)傳感器的DRAM接口可直接連接到處理器的地址總線(xiàn)或間接與一名微機(jī)通 過(guò)一個(gè)I / O端口 5。通過(guò)I / O端口連接慢，需要更復(fù)雜的控制方案。這些缺點(diǎn) 是平衡的，在電路的復(fù)雜性大大減少。這個(gè)項(xiàng)目的目的是要制作一個(gè)簡(jiǎn)單，廉價(jià)的視覺(jué)系統(tǒng)，因此該DRAM通過(guò)I / O 口相連。一個(gè)攝像機(jī)的系統(tǒng)原理圖如圖 2所示。八OpticRAM地址線(xiàn)控制的8751端口 1。 五額外的I / O線(xiàn)需要從端口 3,為德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)，RAS的，中科院，寬信號(hào)

7、并讀取數(shù)據(jù)從DOUT線(xiàn)。因而對(duì)IS32的所有功能，可以通過(guò)端口 1和3的8751 控制軟件。接到指令和數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)異步串行接口與主機(jī)電腦。 接收數(shù)據(jù)線(xiàn)RXD 和TXD的是數(shù)據(jù)線(xiàn)傳輸接口由線(xiàn)路接收器和線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器芯片的RS232電平。此外，四個(gè)從端口 2線(xiàn)用于讀取的DIL開(kāi)關(guān)，設(shè)置波特率，奇偶校驗(yàn)，停止位的 串行通信。serial Jink.圖2計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng) 該電路顯示了英特爾8751能力，實(shí)現(xiàn)了額外的元件數(shù)量最少，復(fù)雜的控制功能軟件控制IS32 內(nèi)存刷新 這個(gè)過(guò)程恢復(fù)記憶細(xì)胞電容器充電水平，并僅在圖像采集停下來(lái)使存儲(chǔ)單元對(duì)光敏感。定時(shí)的刷新操作控制由8751的內(nèi)部16位計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器0被編程來(lái)

8、產(chǎn)生 一個(gè)中斷每1.3毫秒。定時(shí)器中斷服務(wù)程序執(zhí)行一個(gè)用來(lái)形成圖像的128行的RAS只刷新周期。服務(wù)程序，然后重新啟動(dòng)定時(shí)器，并執(zhí)行中斷返回。一個(gè)可 用的處理時(shí)間大部份是由刷新操作和本方案的一部分，因此編碼效率的使用是必不可少的。它執(zhí)行程序循環(huán)周期刷新：LOOP： CLR RASSETBDECDJNZRASP1P1, LOOP每個(gè)8751的I / O端口位尋址使用一套功能強(qiáng)大的布爾指令。CLR和SETB指令 提供一個(gè)低向脈沖連接到 RAS輸出線(xiàn)。這兩個(gè)指令都執(zhí)行一個(gè)指令周期時(shí)間。 其他布爾指令可提供進(jìn)一步的邏輯和測(cè)試能力。算術(shù)和邏輯操作可以在寫(xiě)入到一個(gè) I / O端口的最后一個(gè)值。無(wú)論是 DE

9、C和 DJNZ指令的操作直接存儲(chǔ)在I / O端口遞減2行地址數(shù)據(jù)。在正在使用的IS32 一半甚至存儲(chǔ)單元都行地址。DJNZ指令的附加功能是控制該方案的循環(huán)迭代的 次數(shù)。一個(gè)分支回到循環(huán)發(fā)生如果遞減的結(jié)果是非零。整個(gè)刷新操作需要約0.7毫秒占總數(shù)的35%，計(jì)算機(jī)的處理時(shí)間。獲取的圖像需要編寫(xiě)錄制的圖像是對(duì)存儲(chǔ)單元， 然后停止一段時(shí)間量測(cè)刷新過(guò)程，允許超過(guò) 某一臨界值履行照明存儲(chǔ)單元。事件的順序是：(1) 寫(xiě)入1的存儲(chǔ)單元(2) 抑制中斷(3) 執(zhí)行計(jì)時(shí)循環(huán)來(lái)衡量所需的曝光時(shí)間(4) 重新允許中斷現(xiàn)在的存儲(chǔ)單元包含一個(gè)圖像的入射光的二進(jìn)制表示。閱讀和寫(xiě)作子程序被寫(xiě)入8751之間傳送數(shù)據(jù)和Optic

10、RAM。這些子程序控制8751端口輸出 1和3執(zhí)行讀取和寫(xiě)入周期DRAM的周期。再次布爾位設(shè)置和使用，除了明確 的指示，在那些多個(gè)輸出線(xiàn)需要改變狀態(tài)，同時(shí)案件。在這種情況下，更快地寫(xiě) 一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到I /O端口。解擾和圖像插值在IS32是T4264 64千位的DRAM發(fā)展。對(duì)于這個(gè)表面上的硅芯片存儲(chǔ)單元的 原因定位大概是受便捷，高效的布局考慮。存儲(chǔ)單元的位置不物理上在同一個(gè)芯 片上，他們是為了解決電。為了克服這是一個(gè)查找表是用來(lái)轉(zhuǎn)換成電能的地址物 理地址的問(wèn)題。8751提供了一個(gè)移動(dòng)的固定(MOVC指令)指令，允許索引到 程序使用的是程序計(jì)數(shù)器或16位數(shù)據(jù)指針寄存器（DPTR的）為基地值的內(nèi)

11、存 尋址。因此，要成為一個(gè)行地址有一個(gè)相應(yīng)的地址等于 ROW-TABLE以下說(shuō)明 使用的表索引：MOV DPTR,#ROW-TABLEMOVC A,A+DPTR累加器A包含物理地址所需的DRAM行指令執(zhí)行之前。MOV指令載入DPTR 的與該行表的基地址。MOVC指令導(dǎo)致必須與該程序的存儲(chǔ)位置的地址等于 DPTR的內(nèi)容添加到A的舊內(nèi)容的內(nèi)容裝入。之間的物理和電氣的存儲(chǔ)單元地址 的書(shū)信中給出的IS32數(shù)據(jù)表6。圖3顯示了 DRAM的細(xì)胞是在芯片上的位置。 對(duì)以行和列方向相同分離感光元件規(guī)則排列是必需的。為了達(dá)到這一要求的像素圖3圈被選定。然而，圈一半的不配合一個(gè)存儲(chǔ)單元。在這種情況下，多數(shù)的投 票

12、的三個(gè)相鄰的存儲(chǔ)單元是用來(lái)確定的像素值。例如，在缺席的像素點(diǎn)的X值在圖3是要采取多數(shù)表決的像素（R2, C1），（ R2，C2）和（R4, C1）的。這 種尋址計(jì)劃的實(shí)施是在8751并給出了一個(gè)形象有64行和256行和列大致相等間 距列。這將有可能延長(zhǎng)插方法，填補(bǔ)了在存儲(chǔ)單元陣列中的所有空白， 從而提供 了 128 X 512像素的圖像。處理的圖像數(shù)據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)必須能夠完整的圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)電腦。該功能允許將圖像顯示出來(lái)，以 幫助運(yùn)營(yíng)商作出相機(jī)鏡頭焦距和方向的調(diào)整。 主機(jī)電腦可能也適用于更復(fù)雜的圖 像處理技術(shù)，或提供的圖像存儲(chǔ)手段。兩個(gè)圖像傳輸功能已得到執(zhí)行。第一個(gè)傳 輸為8位部分的圖像與英國(guó)廣播

13、公司微機(jī)的圖形顯示兼容。A亦圖3物理位置的存儲(chǔ)單元另一種方法，更緊湊的一個(gè)完整的圖像傳輸方法采用游程編碼。這涉及到計(jì)算的， 其中有連續(xù)的像素?cái)?shù)相同的顏色（黑色或白色）的累計(jì)數(shù)和發(fā)送時(shí)的顏色發(fā)生變 化。運(yùn)行長(zhǎng)度編碼是一種傳送有黑人和白人之間的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換圖片非常有效的 方法。為了提供目標(biāo)定位和識(shí)別能力，圖像處理算法已在8751執(zhí)行。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)積累，允許一臺(tái)主機(jī)電腦來(lái)計(jì)算面積，周長(zhǎng)，面積的中心和圖像中出現(xiàn)的一個(gè)對(duì)象的軸 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的最低時(shí)刻。二元影像處理系統(tǒng)采用這一構(gòu)想的詳細(xì)信息顯示技術(shù)在參 考資料7和8, 一個(gè)簡(jiǎn)短的提綱是這里。是確保一個(gè)對(duì)象明確的輪廓圖像簡(jiǎn)單的 方法是提供強(qiáng)有力的背面照明系統(tǒng)，產(chǎn)生

14、彌漫在白色背景的黑色物體的圖像。視 覺(jué)系統(tǒng)獲取對(duì)象的一個(gè)形象如前所述，然后執(zhí)行以下操作。首先掃描圖片是由一行行，開(kāi)始于左上角的角落，直到發(fā)現(xiàn)第一個(gè)黑色像素。這 個(gè)像素的位置記錄為（10，J0）和統(tǒng)計(jì)數(shù)字，I和J初始化為I = I0 - 0.5J = J0 - 0.5然后程序步驟輪順時(shí)針?lè)较驅(qū)ο蟮倪吔?。每個(gè)步驟后統(tǒng)計(jì)數(shù)字，I，J和P1 - P3的更新如下。?如果步驟是向右I = I + 1P3 = P3 - J2?如果步驟是向上J = J - 1PI = P1 - IP2 = P2 - 12?如果步驟是向左I = I - 1P3 = P3 + J2?如果步驟是向下J = J + 1P1 = P1

15、 + IP2 = P2 + I2對(duì)所采取的步驟數(shù)目的紀(jì)錄保持為對(duì)象提供一個(gè)周長(zhǎng)的估計(jì)。這個(gè)過(guò)程反復(fù)進(jìn) 行，直到所有的方案已加強(qiáng)反過(guò)來(lái)對(duì)象的邊界。掃描和加強(qiáng)操作如圖4所示。累計(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)街鳈C(jī)電腦，他們可以被用來(lái)計(jì)算參數(shù)：面積=P1I協(xié)調(diào)中心的面積=P2 / 2 * P1J協(xié)調(diào)中心的面積=P3 / 2 * P1圖4尋找和跟蹤對(duì)象的輪廓剪影為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，計(jì)算P4-P7和最低的慣性軸矩方程已被省略。 這些方程和圖像處 理技術(shù)的其他詳情載于參考文獻(xiàn) 7和&在8751包含一個(gè)全雙工異步串行接口。使用 11 MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘的界面運(yùn)行在 一個(gè)9600波特率最高（更快，如果非標(biāo)準(zhǔn)波特率可容納）。在初

16、始化過(guò)程中，這 需要一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位后的地方，四個(gè)開(kāi)關(guān)讀通過(guò)端口 2。這些開(kāi)關(guān)用于設(shè)置波特率， 奇偶校驗(yàn)，停止位的串行接口。實(shí)驗(yàn)結(jié)果那么定義的二進(jìn)制圖像視覺(jué)系統(tǒng)記錄并轉(zhuǎn)移到BBC的微型計(jì)算機(jī)用來(lái)顯示。圖5顯示了一個(gè)例子形象。使用9600波特率串行傳輸速度，圖像傳輸需要為 64小 于3.5的X 256形象。此外，該系統(tǒng)在3秒內(nèi)可以計(jì)算和傳輸包含一個(gè)圖片對(duì)象 的對(duì)象統(tǒng)計(jì)。結(jié)論本文描述了一種視覺(jué)系統(tǒng)，它使用二進(jìn)制作為視覺(jué)傳感器的DRAM。DRAM的控制，對(duì)圖像和與主機(jī)電腦通訊處理是由英特爾8751微電腦執(zhí)行的所有功能。由此產(chǎn)生的制度實(shí)施后只用四個(gè)集成電路。 對(duì)于許多應(yīng)用，整個(gè)電路可安裝在攝 像頭上，從而

17、產(chǎn)生一個(gè)真正的智能傳感器，僅需要 4個(gè)連接線(xiàn)提供電源和串 行通信鏈路。圖5 一些小的電子元器件形象鳴謝據(jù)此期間的工作得到了臥龍崗大學(xué)研究資助委員會(huì)的資助授予03/103/401, “自動(dòng)化的批量組裝”。參考文獻(xiàn)1 Ciarcia, S Build the Micro D-Cam solid-state video camera. Part 1 : the optic RAM and the Micro D-Cam hardware Byte 6I 8 No 9 (September 1983)2 Ciarcia, S Build the Micro D-Cam solid-state vide

18、o camera. Part 2: computer in terfaces and control software Byte Vol 8 No 10 (October 1983)3 MCS-51 family of sin gle-chip microcomputer users manual In tel, Santa Clara, CA, USA (July 1981)4 Memory data booka nddesig ners guide Mostek (June 1980)5 Russell, R A Computer vision system for applications in robotics education Microprocessors Microsyst. VdI 7 No 7 (September 1983)6 IS32 OpticRAM