四旋翼飞行器片
方雅仟+马静+邹治风+齐明洋
摘要：果园一般都地处偏僻，并且面积较大，容易受到动物的啃食以及不法分子的偷盗，人工巡查费时费力，果园四旋翼飞机能够实现无人机自主探测与跟踪，同时是研究无人机项目的重大课题。本文以四旋翼为开发平台，RX23T-R5F523T5A为主控MCU，以集成FIFO模块的OV7620摄像头进行图像采集，设计图像采集系统，详细介绍系统图像采集方案和系统核心技术——图像数据存储，图像数据处理，以及图像处理涉及的BP神经网络算法。
关键词：机器视觉；OV7620；AL422；图像数据
基金项目：吉林省大学生创新创业资助项目（编号：2017035）
中图分类号： TP391.41 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.22.064
随着无人机广泛应用于军、工、农、商领域，无人机的自主飞行、定位、寻迹、跟踪、避障等功能成为无人机研究者需要解决的技术难题。随着对图像采集技术与图像显示技术的研究，图像采集系统与图像显示系统在各个领域中得到了广泛运用，例如用于果园监控、地域勘测以及医疗远程监控等方面、优化图像采集与图像数据分析技术对无人机勘测监控技术在未来科技领域拥有广泛市场具有重要意义。本文以RX23T-
R5F523T5A单片机设计的图像采集系统为例，对四旋翼图像采集与数据处理技术进行详细的分析与论述。
1 四旋翼图像数据采集与存储
1.1 图像数据采集
OV7620是一款彩色COMS型摄像头器件，单一型，小体积封装，分辨率可达640×240，每秒传输速率最高可达30帧，自带SCCB总线接口，具有自动增益、自动进行亮度和饱和度对比、自动控制白平衡等图像处理功能，适用于各种场景。但是为了提高图像质量，弥补医疗设备在医学领域存在的不足，通过对图案噪声，托尼，浮散等方面的图像数据处理，从而采集到更清楚的图像信息。RX23T-R5F523T5A单片机内部的RAM处理器可以进行图像信息的采集和图像处理，使系统的稳定性相对提升，进而提高了数据传输的正确率。单片机内部的USB总线或双端口RAM实现图像采集信息和PC或MCU端口的通信连接，得到的图像数据由PC或MCU端分析处理。同时使用OV7620模块能够有效的较少系统的外部硬件电路配置，将OV7620摄像头自带的功能引脚和数据处理端口和单片机进行信号的匹配，通过对软件开发环境的程序编写，达到对OV7620摄像头模块的控制效果。
1.2 图像数据存储
采用AL422芯片作为视频缓冲器，其存储容量为384k×8bit，存储结构为先进先出，并且所有的寻址，刷新等操作都由集成在芯片内部的控制系统完成，由于目前一帧图像包含640×480或720×480个字节，市面上很多视频存储器由于容量有限只能存储一场图像信息，无法存储一帧图像信息，AL422容量很大，可以存储一帧图像的完整信息。并且AL422芯片价格比较便宜，适合本图像系统的图像数据缓冲，故作为图像信息存储器，通过软件编程的来控制AL422芯片，实现数据存储。OV7620摄像头与AL422BFIFO搭配使用具有以下优点：功耗低（5V 供电，80mA 电流，功耗低）。噪声少（摄像头数据自动存储在FIFO 芯片中，MCU 主动去读取，将不会因为MCU 与摄像头速度不同步而采集到无效数据）。可配置（用户可以通过IO 随意配置摄像头寄存器已达到自己的理想效果）。
2 图像处理
图像处理是指使用计算机对图像进行分析的一门技术、计算机处理的图像可分类为：二值化图像、灰度图像、索引像、RGB彩色图像等。图像处理一般使用的方法有：图像变换、图形编码压缩、图形增强与复原、图像分割、图像描述、图像分类等。
2.1数据处理
为了得到高质量图像并且满足实时性要求，本文使用六十四位的单片机对摄像头采集的信息进行处理。
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LPC2210的DO～D15数据总线上，则会干扰数据总线，使LPC2210不能正常运行；如果使用74HC244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，使得LPC2210不能及时取走总线上的数据，造成图像数据不完整。由于LPC2210的数据总线宽度为32位，而Flash和SRAM仅占用了低16位数据线D0～D15，因此可以采用空闲的高16位数据线D16～D31设为GPIO，用于采集OV7620输出的16位图像数据。
为了能够得到更加高质量的图像，需要高位单片机来对摄像头采集的信息进行处理，所以选R5F523T5A单片机作为系统主控，R5F523T5A单片机操作简单，开发环境友好，且拥有大容量得到Flash存储器，所以综合各方面需求，故采集用R5F523T5A单片机作为本系统的主控芯片。
3 结语
综上所述，通过对系统不断测试与调试，最后能够通过将OV7620摄像头采集图像通过TFT彩屏显示出来，最后可以吧OV7650摄像头模块采集到的数据信息通过TFT显示屏显示出来进而为果园监控以及巡查方面提供帮助，并且总结以下几点经验：
首先要找到合适的摄像头类型。因为摄像头的种类不同就会有不同的环境来选择，而且在功能和参数上存在差異性，所以一旦选择的不合适就会对图像数据的采集产生严重影响；对采集到的图像数据进行存储处理，然后对图像采集的数据线进行存储处理，这样做既可以保存好采集的数据，也可以对大数据进行部分处理；如果想要获得高质量图像，就要加强处理图像采集到的信息，从而提高图像质量。
参考文献
[1]杜轩，朱康，秦波.基于视觉的四旋翼飞行器智能识别规划方法研究[J].三峡大学学报（自然科学版），2017，39（02）：93-97.
[2]汤博麟.基于图像处理的四旋翼自动着陆控制系统研究[D].大连理工大学，2015.
[3]艾虎.基于计算机视觉的人工神经网络和图像处理技术的牛肉大理石花纹自动分级研究[D].四川农业大学，2009.
作者简介：方雅仟，在读本科生，研究方向：智能控制与制造。
通讯作者：齐明洋，硕士，助教，研究方向：新能源与智能控制技术。endprint
