了解了基本的图像采集流程之后,就可以试着写出相关的程序完成摄像头采集数据、OLED上显示图像、向上位机实时发送图像等任务了。当然,上面的简单架构适合处理单个摄像头发回数据,有些组别在后期的参赛调试过程中会用上一些高级的功能,例如,增加一块摄像头分析赛道上的障碍物,及时躲避等。通常来讲,在这种情况下,考虑到图像处理程序对大量数据的计算需要占用很长时间,一些参赛队伍会单独增加一块单片机、把两个单片机搭建成主机-从机模式,通过两个单片机分别连接两个摄像头、分担计算量,再将运算的结果通过一些通信协议互相交换来实现。这种架构下,只需要在两块单片机上分别按照之前介绍的流程来设计图像采集程序就可以了。
图9.18 “一车三摄”实例
然而,有一些队伍可能对图像的帧率要求没那么高(也就是说留给图像处理程序的时间足够),那么他们可能就会想有没有办法仅用一块单片机来完成对两个摄像头的数据采集任务。又或者,有些队伍尽管已经采用了两块单片机来分别处理两块摄像头的方案,但出于某些需要(比如想让小车有更广阔的视野来完成转向及时并正确的方案)想再给小车增加一块摄像头,即一共三个摄像头,这样一来设计一个单机多摄方案就也显得很有必要。本方案未采用单机多摄,故以如图9.18所示的三摄像头小车为例进行讲解。
单机双摄像头的接口如图9.19所示。两个像素中断安排在不同的端口组,第一个摄像头的像素中断安排在了B23端口,即B组端口,第二个摄像头的像素中断安排在了D0端口,即D组端口。这样分别设置两个DMA通道的请求源时,就可以一个设置为B组端口,一个设置为D组端口,保证两个通道的DMA请求源互不干扰。否则,如果都安排在B组端口(一般程序执行过程不会频繁对这些端口重新定义),则会发生单片机无法分辨DMA请求是来自哪个摄像头的情况。另一个是数据的采集端口,在安排采集端口的时候要按照8的整数倍依序来取,例如图中第一个摄像头安排的8个采集端口为C0～C7,第二个应该安排的8个采集端口为C8～C15,换成别的ABCD端口组也一样,编号要为0～7,8～15,16～23或24～31等。这样做是为了给DMA模块提供待传输数据的源地址。
图9.19 双摄像头架构
在设计单机双摄方案时需要特别注意图像采集的时序关系。在分别对两个摄像头进行初始化之后,还需要精心修改场中断回调函数,根据两摄像头获取信号的时序关系合理安排两幅图采集顺序。
在这里,一种解决方案是为两个摄像头分别创建一个用来判断是否应当采集的标志位。进入一个摄像头的场中断回调函数后先将该标志位加1,然后判断如果该标志位为1(表示此时已经等待摄像头发送完上一帧不完整的图像),则打开该通道的DMA采集,准备接收下一帧图像;如果该标志位不为1(表示来自这个摄像头的图像已经完整地采集完一帧),则关闭该通道DMA采集和另一个通道的DMA采集,并完成DMA目的地址的变更(因为给了每个摄像头3幅图的地址空间储存图像,以实现边采集边计算)。然后关闭该通道的场中断响应,开启另一个通道的中断响应,最后将这两个通道用来判断是否应该进行采集的标志位都置0,退出中断函数。另一个摄像头的场中断函数一样操作。(www.xing528.com)
由于两个摄像头传每一帧图片并不是时序上同步的,以上过程就是为了保证在此情况下,每一帧图片完整。如图9.20所示为两个摄像头数据采集时序。
图9.20 两个摄像头数据采集时序
图9.20中,完整的线段表示此时该通道正在传输数据,而虚线线段表示该摄像头在该时段正在发送一帧图像但并没有通过DMA采集进入单电机。线段之间的间隔表示2帧图像传输之间的时间间隔。同时通道1和通道2的数据开始时刻不是对齐的,表示两个摄像头传输并不严格同步,这是符合实际情况的。
经过如上分析,可以看出,为了保证DMA模块能够正确地传输完整的一幅图像,这个采集方法使得摄像头的帧率变为原帧率的1/3,而不是1/2。也就是说,如果原本每个摄像头每秒钟能传150帧图像,采用如上介绍的单机双摄的方案后,单片机每秒钟只能从每个摄像头接收到50帧图像。尽管帧率变为了1/3,每秒50帧的采集速度通常来讲也是足够的。如图9.21所示为具体流程。
图9.21 双摄像头实现流程
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