Ստեղծեք ձեր սեփական տեսախցիկը `8 քայլ

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Այս հրահանգը բացատրում է, թե ինչպես պատրաստել մոնոխրոմ տեսախցիկ `օգտագործելով Omnivision OV7670 պատկերի սենսորը, Arduino միկրոկոնտրոլերը, մի քանի ցատկող լարերը և Processing 3 ծրագրակազմը:

Ներկայացված է նաև գունավոր պատկեր ստանալու փորձարարական ծրագրակազմ:

Սեղմեք «c» ստեղնը ՝ 640*480 պիքսելանոց պատկեր ստանալու համար … կտտացրեք «s» ստեղնը ՝ պատկերը ֆայլում պահելու համար: Հաջորդական պատկերները հաջորդաբար համարակալվում են, եթե ցանկանում եք կարճ ժամանակամիջոց ստեղծող ֆիլմ ստեղծել:

Տեսախցիկը արագ չէ (յուրաքանչյուր սկան տևում է 6,4 վայրկյան) և հարմար է միայն ֆիքսված լուսավորության դեպքում օգտագործելու համար:

Արժեքը, առանց ձեր Arduino- ի և համակարգչի, ավելի քիչ է, քան մեկ գավաթ սուրճ:

Պատկերներ

Բաղադրիչ մասերը, առանց ցատկող լարերի, ցուցադրված են բացման լուսանկարում:

Երկրորդ լուսանկարը էկրանի նկարահանումն է, որը ցույց է տալիս Arduino տեսախցիկի ծրագրակազմը և Processing 3 շրջանակի գրավումը: Ներդիրը ցույց է տալիս, թե ինչպես է միացված տեսախցիկը:

Տեսանյութը ցույց է տալիս տեսախցիկը գործողության մեջ: Երբ «c» գրավման ստեղնը սեղմվում է, կա կարճ բռնկում, որին հաջորդում է գործունեության պոռթկում, երբ պատկերը սկանավորվում է: Պատկերն ինքնաբերաբար հայտնվում է ցուցադրման պատուհանում, երբ սկանավորումն ավարտված է: Այնուհետև պատկերները հայտնվում են «s» ստեղնի յուրաքանչյուր սեղմումից հետո «Processing» թղթապանակում: Տեսանյութը եզրափակվում է երեք պահված պատկերներից յուրաքանչյուրի արագ հեծանվավազքով:

Քայլ 1: Շղթայի դիագրամ

Շրջանակային դիագրամը, այս տեսախցիկի բոլոր տարբերակների համար, ցուցադրված է լուսանկար 1 -ում:

Լուսանկարներ 2, 3-ը ցույց են տալիս, թե ինչպես են թռչկոտող-լարերը և բաղադրիչները միացված:

Առանց ալյումինե փակագծի պատկերները ընկած են իրենց կողքին:

Գուշացում

Programրագրավորեք ձեր Arduino- ն ԱՌԱ OV7670 տեսախցիկի չիպին միացնող լարեր ամրացնելուց առաջ: Սա կանխելու է նախորդ ծրագրից 5 վոլտ ելքային կապի ոչնչացումը 3v3 վոլտանոց OV7670 տեսախցիկի չիպը:

Քայլ 2: Մասերի ցուցակ

Հետևյալ մասերը ստացվել են https://www.aliexpress.com/ կայքից

• Միայն 1 OV7670 300KP VGA տեսախցիկի մոդուլ arduino DIY KIT- ի համար
• Միայն 1 տեսախցիկի փակագիծ `ամբողջական ընկույզներով և պտուտակներով
• 1 միայն UNO R3 arduino MEGA328P- ի համար 100% օրիգինալ ATMEGA16U2 USB մալուխով

Հետևյալ մասերը ստացվել են տեղում

• 18 Arduino տղամարդ-կին թռիչքային մալուխներ
• 3 միայն Arduinin կին-կին jumper մալուխներ
• Միայն 1 մինի հացաթուղթ
• 4 միայն 4K7 օմ 1/2 վտ հզորությամբ դիմադրիչներ
• Ալյումինի միայն 1 գրություն:

Ձեզ նույնպես կպահանջվեն հետևյալ տվյալների թերթերը.

• https://web.mit.edu/6.111/www/f2016/tools/OV7670_20…
• https://www.haoyuelectronics.com/Attachment/OV7670%…

Քայլ 3: Տեսություն

OV7670 տեսախցիկի չիպ

OV7670 տեսախցիկի չիպի լռելյայն ելքը ներառում է YUV (4: 2: 2) տեսա ազդանշան և ժամանակի 3 ալիքի ձև: Այլ ելքային ձևաչափեր հնարավոր են `ներքին ռեգիստրերը ծրագրավորելով I2C համատեղելի ավտոբուսի միջոցով:

YUV (4: 2: 2) տեսաազդանշանը (լուսանկար 1) մոնոխրոմ (սև և սպիտակ) պիքսելների շարունակական հաջորդականություն է, որը բաժանված է U (կապույտ գույնի տարբերություն) և V (կարմիր գույնի տարբերություն) գունային տեղեկատվությամբ:

Այս ելքային ձևաչափը հայտնի է որպես YUV (4: 2: 2), քանի որ 4 բայթերից բաղկացած յուրաքանչյուր խումբ պարունակում է 2 մոնոխրոմ բայթ և և 2 գունավոր բայթ:

Մոնոխրոմ

Մոնոխրոմ պատկեր ստանալու համար մենք պետք է փորձենք յուրաքանչյուր երկրորդ տվյալների բայթ:

Arduino- ն ունի ընդամենը 2K պատահական մուտքի հիշողություն, սակայն յուրաքանչյուր շրջանակ ներառում է 640*2*480 = 307, 200 տվյալների բայթ: Եթե OV7670- ին շրջանակ ավելացնող չավելացնենք, բոլոր տվյալները պետք է համակարգչին ուղարկվեն տող առ տող մշակման համար:

Երկու հնարավորություն կա

480 հաջորդական շրջանակներից յուրաքանչյուրի համար մենք կարող ենք մեկ տող Arduino- ին բարձր արագությամբ գրավել, նախքան այն համակարգչին ուղարկել 1 Մբիթ / վ արագությամբ: Նման մոտեցումը ցույց կտա, որ OV7670- ը կաշխատի ամբողջ արագությամբ, բայց երկար ժամանակ կպահանջի (ավելի քան մեկ րոպե):

Իմ որդեգրած մոտեցումն է ՝ դանդաղեցնել PCLK- ը մինչև 8uS և յուրաքանչյուր նմուշ ուղարկել ըստ անհրաժեշտության: Այս մոտեցումը զգալիորեն ավելի արագ է (6,4 վայրկյան):

Քայլ 4: Դիզայնի նշումներ

Համատեղելիություն

OV7670 տեսախցիկի չիպը 3v3 վոլտ սարք է: Տվյալների թերթիկը ցույց է տալիս, որ 3.5 վոլտից բարձր լարումները կվնասեն չիպը:

Ձեր 5 վոլտ Arduino- ին թույլ չտալ OV7670 տեսախցիկի չիպը քանդել.

• Արտուինոյի արտաքին ժամացույցի (XCLK) ազդանշանը պետք է նվազեցվի անվտանգ մակարդակի `լարման բաժանարարի միջոցով:
• Ներքին Arduino I2C ձգման դիմադրիչները մինչև 5 վոլտ պետք է անջատված լինեն և փոխարինվեն 3v3 վոլտ հզորությամբ արտաքին ձգվող դիմադրիչներով:
• Programրագրեք ձեր Arduino- ն BEԱՆԿԱՈ մետաղալարեր ամրացնելուց առաջ, քանի որ որոշ կապանքներ դեռ կարող են ծրագրավորված լինել որպես ավելի վաղ նախագծի արդյունք !!! (Ես դա սովորեցի դժվար ճանապարհով … բարեբախտաբար ես գնեցի երկուսը, քանի որ դրանք այդքան էժան էին):

Արտաքին ժամացույց

OV7670 տեսախցիկի չիպը պահանջում է արտաքին ժամացույց `10 ՄՀց -ից 24 ՄՀց հաճախականությունների տիրույթում:

Ամենաբարձր հաճախականությունը, որը մենք կարող ենք արտադրել 16 ՄՀց Arduino- ից, 8 ՄՀց է, բայց դա, կարծես, աշխատում է:

Սերիական հղում

Առնվազն 10 uS (միկրովայրկյան) տևում է 1 ՄԲիթ / վայրկյան միլիոն բիթ) սերիական հղման միջոցով 1 տվյալների բայթ ուղարկելու համար: Այս ժամանակը կազմված է հետևյալ կերպ.

• 8 տվյալների բիթ (8us)
• 1 մեկնարկային բիթ (1uS)
• 1 կանգառ-բիթ (1uS)

Ներքին ժամացույց

OV7670- ի ներսում ներքին պիքսելային ժամացույցի (PCLK) հաճախականությունը սահմանվում է CLKRC գրանցամատյանում [5: 0] բիթերով (տես լուսանկար 1): [1]

Եթե մենք դնում ենք բիթեր [5: 0] = B111111 = 63 և այն կիրառում ենք վերը նշված բանաձևին, ապա.

• F (ներքին ժամացույց) = F (մուտքի ժամացույց)/(բիթ [5: 0} +1)
• = 8000000/(63+1)
• = 125000 Հց կամ
• = 8uS

Քանի որ մենք ընդամենը յուրաքանչյուր երկրորդ բայթ ենք նմուշառում, 8uS PCLK ընդմիջումից ստացվում է 16uS նմուշ, որը բավարար ժամանակ է 1 տվյալների բայթ (10uS) փոխանցելու համար, որը թողնում է 6uS մշակման համար:

Շրջանակի արագություն

Յուրաքանչյուր VGA վիդեո շրջանակ ներառում է 784*510 պիքսել (նկարի տարրեր), որից ցուցադրվում է 640*480 պիքսել: Քանի որ YUV (4: 2: 2) ելքային ձևաչափն ունի միջինում 2 բայթ մեկ պիքսելում, յուրաքանչյուր շրջանակ կտևի 784*2*510*8 uS = 6,4 վայրկյան:

Այս տեսախցիկը արագ չէ !!!

Հորիզոնական դիրքավորում

Պատկերը կարող է տեղափոխվել հորիզոնական, եթե փոխենք HSTART և HSTOP արժեքները ՝ պահպանելով 640 պիքսել տարբերություն:

Պատկերը ձախ տեղափոխելիս հնարավոր է, որ ձեր HSTOP արժեքը լինի ավելի փոքր, քան HSTART արժեքը:

Մի անհանգստացեք… ամեն ինչ կապված է հակառակ հոսքերի հետ, ինչպես նկարագրված է լուսանկար 2 -ում:

Գրանցամատյաններ

OV7670- ն ունի 201 ութ-բիթանոց գրանցիչ `այնպիսի բաներ վերահսկելու համար, ինչպիսիք են շահույթը, սպիտակ հավասարակշռությունը և լուսավորությունը:

Տվյալների մեկ բայթը թույլ է տալիս միայն 256 արժեք [0] - ից [255] միջակայքում: Եթե մենք պահանջում ենք ավելի շատ վերահսկողություն, ապա մենք պետք է մի քանի գրանցամատյաններ կասկադ անենք: Երկու բայթ տալիս է մեզ 65536 հնարավորություն… երեք բայթ ՝ 16, 777, 216:

Լուսանկար 3 -ում ցուցադրված 16 բիթանոց AEC (posառագայթման ավտոմատ վերահսկում) գրանցամատյանը նման օրինակ է և ստեղծվում է հետևյալ երեք գրանցամատյանների հատվածների համատեղմամբ:

• AECHH [5: 0] = AEC [15:10]
• AECH [7: 2] = AEC [9: 2]
• COM1 [1: 0] = AEC [1: 0]

Warnedգուշացեք… գրանցամատյանների հասցեները խմբավորված չեն:

Կողմնակի ազդեցություն

Շրջանակի դանդաղ արագությունը ներկայացնում է մի շարք անցանկալի կողմնակի բարդություններ.

Exposureիշտ լուսաբանման համար OV7670- ն ակնկալում է աշխատել 30 կադր / վրկ արագությամբ (վայրկյան կադրեր): Քանի որ յուրաքանչյուր շրջանակ 6.4 վայրկյան է տևում, էլեկտրոնային կափարիչը բացվում է սովորականից 180 անգամ ավելի երկար, ինչը նշանակում է, որ բոլոր պատկերները չափազանց մերկացված կլինեն, եթե չփոխենք գրանցման որոշ արժեքներ:

Չափից դուրս ճառագայթումը կանխելու համար ես AEC- ի (ավտոմատ ճառագայթման վերահսկման) գրանցման բիթերը զրոյացրել եմ: Չնայած դրան, ոսպնյակի դիմաց անհրաժեշտ է չեզոք խտության զտիչ, երբ լուսավորությունը պայծառ է:

Երկարատև ազդեցությունը նույնպես ազդում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների տվյալների վրա: Քանի որ ես դեռ չեմ գտել գրանցման համադրություններ, որոնք տալիս են ճիշտ գույներ … համարեք, որ սա ընթացքի մեջ է:

Նշում

[1]

Տվյալների թերթիկում ցուցադրված բանաձևը (լուսանկար 1) ճի՞շտ է, բայց միջակայքը ցույց է տալիս միայն բիթեր [4: 0]:

Քայլ 5. Ալիքի ձևերի ժամանակացույց

«VGA Frame Timeing» դիագրամի ներքևի ձախ անկյունում կատարված գրառման մեջ (լուսանկար 1) ասվում է.

YUV/RGB- ի համար tp = 2 x TPCLK

Նկարներ 1, 2 և 3 -ը հաստատում են տվյալների թերթիկը (ներ) ը և հաստատում են, որ Omnivision- ը յուրաքանչյուր 2 բայթ դիտում է որպես 1 պիքսելին համարժեք:

Տատանման ալիքների ձևերը նույնպես հաստատում են, որ HREF- ը մնում է OWԱՐ ՝ դատարկվող ընդմիջումներում:

Նկար 4 -ը հաստատում է, որ Arduino- ից XCLK ելքը 8 ՄՀց է: Պատճառն այն է, որ մենք տեսնում ենք ոչ թե քառակուսի ալիք, այլ այն, որ բոլոր տարօրինակ ներդաշնակներն անտեսանելի են իմ 20 ՄՀց նմուշառման տատանումների համար:

Քայլ 6: Շրջանակի գրավիչ

OV7670 տեսախցիկի չիպի ներսում պատկերի տվիչը ներառում է 656*486 պիքսել զանգված, որից լուսանկարի համար օգտագործվում է 640*480 պիքսելանոց ցանց:

HSTART, HSTOP, HREF և VSTRT, VSTOP, VREF գրանցամատյանները օգտագործվում են պատկերը սենսորի վրա տեղադրելու համար: Եթե պատկերը ճիշտ տեղադրված չէ սենսորի վրա, ապա կտեսնեք սև գոտի մեկ կամ մի քանի եզրերի վրա, ինչպես բացատրված է «Դիզայնի նշումներ» բաժնում:

OV7670- ը նկարի յուրաքանչյուր տող սկանավորում է մեկ պիքսել միաժամանակ ՝ սկսած վերին ձախ անկյունից, մինչև հասնի ներքևի աջ պիքսելին: Arduino- ն պարզապես փոխանցում է այս պիքսելները համակարգչին սերիական հղման միջոցով, ինչպես ցույց է տրված լուսանկար 1 -ում:

Շրջանակներ գրավողների խնդիրն է գրավել այս 640*480 = 307200 պիքսելներից յուրաքանչյուրը և բովանդակությունը ցուցադրել «պատկեր» պատուհանում

Մշակումը 3 -ը հասնում է դրան ՝ օգտագործելով հետևյալ չորս տողերի ծածկագիրը !!

Կոդ 1:

բայթ byteBuffer = նոր բայթ [maxBytes+1]; // որտեղ maxBytes = 307200

Այս հայտարարության հիմքում ընկած ծածկագիրը ստեղծում է.

• 307201 բայթ զանգված, որը կոչվում է «byteBuffer [307201]»
• Լրացուցիչ բայթը նախատեսված է դադարեցման (linefeed) բնույթի համար:

Կոդ 2:

չափը (640, 480);

Այս հայտարարության հիմքում ընկած ծածկագիրը ստեղծում է.

• փոփոխական, որը կոչվում է «լայնություն = 640;»
• «բարձրություն = 480» կոչվող փոփոխական;
• 307200 պիքսել զանգված, որը կոչվում է «պիքսել [307200]»
• 640*480 պիքսել «պատկերի» պատուհան, որում ցուցադրվում է պիքսելների զանգվածի բովանդակությունը: Այս «պատկերի» պատուհանը անընդհատ թարմացվում է 60 կ / վրկ արագությամբ:

Կոդ 3:

byteCount = myPort.readBytesUntil (lf, byteBuffer);

Այս հայտարարության հիմքում ընկած ծածկագիրը.

• բուֆերացնում է մուտքային տվյալները տեղում, մինչև չտեսնի «lf» (linefeed) նիշ:
• որից հետո այն առաջին 307200 բայթ տեղական տվյալները թափում է byteBuffer զանգվածի մեջ:
• Այն նաև պահում է ստացված բայթերի քանակը (307201) «byteCount» կոչվող փոփոխականի մեջ:

Կոդ 4:

պիքսելներ = գույն (byteBuffer );

Երբ տեղադրվում է հաջորդ օղակում, այս հայտարարության հիմքում ընկած ծածկագիրը.

• պատճենում է «byteBuffer » զանգվածի բովանդակությունը «պիքսել » զանգվածին
• որի բովանդակությունը հայտնվում է պատկերի պատուհանում:

Հիմնական հարվածներ

Շրջանակը գրավողը ճանաչում է հետևյալ ստեղնաշարի հարվածները.

• ‘C’ = նկարել պատկերը
• ‘S’ = պահեք պատկերը ֆայլում:

Քայլ 7:.րագրակազմ

Ներբեռնեք և տեղադրեք հետևյալ ծրագրային փաթեթներից յուրաքանչյուրը, եթե այն արդեն տեղադրված չէ.

• «Arduino» ՝
• «Java 8» ՝ https://java.com/hy/download/ [1]
• «Մշակում 3» ՝ https://processing.org/download/ կայքից

Arduino ուրվագծի տեղադրում

• Հեռացրեք բոլոր OV7670 ցատկող լարերը [2]
• Միացրեք USB մալուխը ձեր Arduino- ին
• Պատճենեք «OV7670_camera_mono_V2.ino» - ի բովանդակությունը (կցված է) Arduino- ի «ուրվագծի» մեջ և պահեք:
• Վերբեռնեք ուրվագիծը ձեր Arduino- ում:
• Անջատեք Arduino- ն վարդակից
• Այժմ կարող եք ապահով կերպով միացնել OV7670 ցատկող լարերը
• Միացրեք USB մալուխը:

Մշակման ուրվագծի տեղադրում և գործարկում

• Պատճենեք «OV7670_camera_mono_V2.pde» - ի (կցված) բովանդակությունը մշակման «ուրվագծի» մեջ և պահեք:
• Կտտացրեք վերև-ձախ «գործարկել» կոճակին … կհայտնվի սև պատկերի պատուհան
• Կտտացրեք «սև» պատկերի պատուհանը
• Սեղմեք «c» ստեղնը ՝ նկարը գրավելու համար: (մոտ 6,4 վայրկյան):
• Սեղմեք «s» ստեղնը ՝ պատկերը ձեր մշակման թղթապանակում պահելու համար
• Կրկնեք 4 և 5 քայլերը
• Սեղմեք «դադարեցնել» կոճակը ՝ ծրագրից դուրս գալու համար:

Նշումներ

[1]

3 -ի մշակումը պահանջում է Java 8

[2]

Սա անվտանգության «մեկ անգամ» քայլ է ՝ ձեր OV7670 տեսախցիկի չիպը վնասելուց խուսափելու համար:

Մինչև «OV7670_camera_mono.ini» էսքիզը ձեր Arduino- ում չբեռնված, ներքին ձգվող դիմադրիչները միացված են 5 վոլտ-ի, գումարած կա հնարավորություն, որ Arduino- ի տվյալների գծերից մի քանիսը կարող են լինել 5 վոլտ ելք … բոլորը մահացու են: 3V3 վոլտ OV7670 տեսախցիկի չիպը:

Երբ Arduino- ն ծրագրավորվի, կարիք չկա կրկնել այս քայլը, և գրանցման արժեքները կարող են ապահով փոխվել:

Քայլ 8: Գունավոր պատկեր ստանալը

Հետևյալ ծրագրաշարը զուտ փորձնական է և տեղադրված է այն հույսով, որ որոշ տեխնիկա օգտակար կդառնա: Գույները, կարծես, շրջված են … Ես դեռ չեմ գտել գրանցման ճիշտ կարգավորումները: Եթե լուծում եք գտնում, խնդրում ենք տեղադրել ձեր արդյունքները:

Եթե մենք պետք է գունավոր պատկեր ստանանք, բոլոր տվյալների բայթերը պետք է գրվեն և կիրառվեն հետևյալ բանաձևերը:

OV7670- ն օգտագործում է հետևյալ բանաձևերը ՝ RGB (կարմիր, կանաչ, կապույտ) գույնի տեղեկատվությունը YUV (4: 2: 2) փոխարկելու համար. [1]

• Y = 0.31*R + 0.59*G + 0.11*B
• U = B - Y
• V = R - Y
• Cb = 0.563*(B-Y)
• Cr = 0.713*(R-Y)

Հետեւյալ բանաձեւերը կարող են օգտագործվել YUV- ը (4: 2: 2) RGB գույնի դարձնելու համար [2]

• R = Y + 1.402* (Cr - 128)
• G = Y -0.344136*(Cb -128) -0.714136*(Cr -128)
• B = Y + 1.772*(Cb -128)

Կցված ծրագրաշարը պարզապես մոնոխրոմ ծրագրաշարի ընդլայնումն է.

• «C» - ի գրավման հայտ է ուղարկվում Arduino- ին
• Arduino- ն ուղարկում է զույգ համարակալված (միագույն) բայթերը համակարգչին
• ԱՀ -ն պահում է այս բայթերը զանգվածի մեջ
• Հաջորդ Arduino- ն համակարգիչ է ուղարկում կենտ համարակալված (քրոմ) բայթ:
• Այս բայթերը պահվում են երկրորդ զանգվածում … մենք այժմ ունենք ամբողջ պատկերը:
• Վերոնշյալ բանաձևերն այժմ կիրառվում են UYVY չորս բայթ տվյալների յուրաքանչյուր խմբի համար:
• Ստացված գունային պիքսելներն այնուհետև տեղադրվում են «պիքսել » զանգվածում
• ԱՀ -ն սկանավորում է «պիքսել » զանգվածը և պատկեր է հայտնվում «պատկեր» պատուհանում:

Processing 3 ծրագրաշարը հակիրճ ցուցադրում է յուրաքանչյուր սկանավորում և վերջնական արդյունքներ.

• Լուսանկար 1 -ը ցույց է տալիս սկան 1 -ի U & V քրոմայի տվյալները
• Լուսանկար 2 -ը ցույց է տալիս սկան 2 -ից Y1 և Y2 լուսավորության տվյալները
• Լուսանկար 3 -ը ցույց է տալիս գունավոր պատկերը… միայն մի բան սխալ է… պայուսակը պետք է լինի կանաչ !!

Այս ծրագիրը լուծելուց հետո նոր ծածկագիր կտեղադրեմ…

Հղումներ:

[1]

www.haoyuelectronics.com/Attachment/OV7670%… (էջ 33)

[2]

hy.wikipedia.org/wiki/YCbCr (JPEG փոխակերպում)

Կտտացրեք այստեղ ՝ իմ մյուս հրահանգները դիտելու համար: