在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于圖像采集速度、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間的限制，要完整存儲(chǔ)30 fps、640×480像素大小的一幅圖像是相當(dāng)困難的。本文運(yùn)用較高性能的16位飛思卡爾單片機(jī)在超高頻的情況下直接采集圖像，也只能采集到每行320個(gè)像素，丟失圖像，無法獲得一幅完整的圖像。本文通過在圖像采集過程中增加FIFO芯片AL422B較好地解決了這一問題，相對(duì)于采用昂貴的DSP而言，降低了圖像采集系統(tǒng)的成本。

　　1 單目點(diǎn)光源測(cè)距原理

　　野外作業(yè)時(shí)，需要在運(yùn)動(dòng)中知道前方標(biāo)桿和觀察點(diǎn)之間的距離。本文將標(biāo)桿制成等間距紅外點(diǎn)光源標(biāo)桿，滿足了基于單幀靜態(tài)圖像的小孔成像原理測(cè)距模型要求，減少了圖像處理量，提高了測(cè)量的實(shí)時(shí)性、全天候性。H為各點(diǎn)光源標(biāo)桿的實(shí)際距離;n為點(diǎn)光源個(gè)數(shù)，它可以通過圖像處理獲得;f為攝像頭焦距;標(biāo)尺實(shí)際像素物理距離h由攝像頭標(biāo)定取得。遠(yuǎn)距離測(cè)距原理示意圖如圖1所示，整條點(diǎn)光源標(biāo)桿都在攝像頭視野范圍內(nèi)。近距離測(cè)距原理示意圖如圖2所示，點(diǎn)光源標(biāo)桿只有部分在攝像頭范圍內(nèi)。通過圖1,可求出前方標(biāo)桿與觀察點(diǎn)的距離D.攝像機(jī)的成像幾何關(guān)系也可用小孔成像原理來近似表示：

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　　2 圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)單目視覺測(cè)距的要求，需要通過一黑白攝像頭實(shí)時(shí)采集前車的點(diǎn)光源標(biāo)桿，通過標(biāo)尺上點(diǎn)光源所在的像素距離推算出前車距離。為了能完整地讀取圖像，本文增加了FIFO芯片，圖像采集原理示意圖如圖3所示。由單片機(jī)監(jiān)測(cè)攝像頭的行/場(chǎng)信號(hào)，控制FIFO讀取相應(yīng)的圖像;讀完所有行后，關(guān)閉FIFO讀取圖像功能，開始由單片機(jī)從FIFO中讀取圖像數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像處理，根據(jù)圖像處理的復(fù)雜程度，決定圖像處理和圖像采集的時(shí)間比。由于FIFO是先入先出，其讀取數(shù)據(jù)時(shí)單片機(jī)只需通過中斷使能行/場(chǎng)信號(hào)，絕大部分時(shí)間單片機(jī)可以用來進(jìn)行圖像處理。本文采取的是采集一幀圖像后，單片機(jī)利用兩幀圖像的空閑時(shí)間和下一幀F(xiàn)IFO采集時(shí)間，共約3幀時(shí)間進(jìn)行圖像處理和控制，其結(jié)果是圖像由原來的30 fps,變成10fps.盡管幀率慢了，但經(jīng)過分析得知，在100 km/h情況下，滯后距離2.8 m,可以滿足要求。

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　　2.1 飛思卡爾16位單片機(jī)MC9S12DG128

　　本文采用飛思卡爾1 6位單片機(jī)MC9S12DG128作為主控芯片，該芯片是Freescale公司推出的S12系列微控制器中的一款增強(qiáng)型、汽車級(jí)的16位微控制器，片內(nèi)總線時(shí)鐘頻率最高可達(dá)25 MHz,集成了8 KB的RAM、128KB的Flash、2 KB的EEPROM,集成度高，資源也相當(dāng)豐富。

　　2.2 攝像頭芯片OV7670

　　OV7670是OmniVision公司推出的Camerachiptm圖像傳感器，體積小，工作電壓低。VGA圖像最高達(dá)到30fps.其主要特性為：

　　◆感光陣列(共有656×488個(gè)像素，在YUV的模式中有效像素為640×480個(gè));

　　◆高靈敏度適合低照度應(yīng)用，對(duì)紅外光線敏感;

　　◆標(biāo)準(zhǔn)的SCCB接口，兼容I2C總線接口;

　　◆RawRGB、RGB(GRB4:2:2,RGB565/555/444)、YUV(4:2:2)和YCbCr(4:2:2)輸出格式;

　　◆支持VGA、CIF和從CIF到40×30的各種尺寸。