【正文】 感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。CMOS工藝是超大規(guī)模集成電路的主流工藝 [6] ,集成度高，可以根據(jù)需要將多種功能集成在一塊芯片上。CMOS圖像傳感器包括圖像陣列邏輯寄存器、存儲(chǔ)器、定時(shí)脈沖發(fā)生器和轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的全部系統(tǒng)。70 年代出現(xiàn)了電荷耦合器件( CCD器件),它是一種半導(dǎo)體固體成像器件。這種器件的感光表面是用半導(dǎo)體材料做成的許多敏感單元組成的陣列,當(dāng)光學(xué)像投射到感光表面時(shí),對(duì)應(yīng)于像上各點(diǎn)的不同照度在陣列的各敏感單元中產(chǎn)生不同數(shù)量的電荷(載流子),然后外電路按一定時(shí)間順序從陣列邊緣取出各敏感單元的電荷,就得到對(duì)應(yīng)于光學(xué)圖像的視頻信號(hào)。攝像器件的幾個(gè)主要參數(shù)是：響應(yīng)度,信噪比,惰性,分辨力。響應(yīng)度又叫做靈敏度,是輸出的光電流與輸入的光通量之比, 單位是微安/流明。信噪比(S/N)是圖像信號(hào)的峰值電平Usp與雜波有效值Un之比, 單位用分貝(DB)。惰性又叫做滯后,是指當(dāng)光照停止后光電流并不立即消失的現(xiàn)象。在看電視時(shí)有時(shí)看到在一個(gè)移動(dòng)的亮物體圖像后面拖著一個(gè)亮“尾巴”就是這種惰性的反映。惰性的大小用光照停止后第三(電視)場(chǎng)剩余信號(hào)電流與光照停止前的信號(hào)電流之比值表示。而分辨力是攝像器件分解圖像細(xì)節(jié)的能力。CCD與CMOS二者主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同，因此在效能與應(yīng)用上也有諸多差異。在靈敏度、成本、分辨率、噪聲控制等方面，CCD傳感器都優(yōu)于CMOS傳感器。而且CCD器件光譜敏感波段也很寬,可達(dá)近紅外波段,特別是體積小,耐沖擊振動(dòng),已逐漸占據(jù)了市場(chǎng)。本課題選用了CCD傳感器。光強(qiáng)控制部件的作用是使由光學(xué)鏡頭產(chǎn)生的光學(xué)像的照度保持在攝像器件正常工作所需的范圍內(nèi)。自然景物所受的光照變化是很大的, 正午時(shí)地面照度可達(dá)到 100000 (勒克斯),而太陽(yáng)剛剛落下地平線時(shí)約為100 (勒克斯)。攝像器件要在適當(dāng)照度的光學(xué)像下工作才能正確反映景物亮暗層次,輸出滿意的圖像信號(hào)。改變像的照度可以從兩方面入手；一是改變光學(xué)鏡頭的相對(duì)孔徑(D/f),即入瞳直徑D與焦距f 之比；二是改變透光率。 攝像機(jī)輸出的是模擬視頻信號(hào)，所以必須對(duì)它進(jìn)行分析和處理。隨著計(jì)算機(jī)多媒體應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊，技術(shù)日新月異，各種軟件和硬件層出不窮。而作為圖象多媒體不可或缺的重要組成部分，視頻輸入處理變得異常重要。各半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)廠家不斷創(chuàng)新、改進(jìn)，力求通過簡(jiǎn)單的操作達(dá)到完美的效果，使視頻輸入處理功能不斷完善，給圖象多媒體的后期操作帶來更多的方便。著名的半導(dǎo)體公司Phillps提供的基于PC機(jī)作為平臺(tái)的可編程視頻輸入處理芯片SAA7l11，正是為滿足這一需要而出現(xiàn)的。它采用CMOS工藝，通過簡(jiǎn)單的I2C總線與PC機(jī)接口。內(nèi)部包含兩路模擬處理通道，能實(shí)現(xiàn)視頻源的選擇、抗混疊（去假頻)濾波、模數(shù)變換、自動(dòng)嵌位、自動(dòng)增益控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、多制式(PAL BGHI，PALM，PALN，NTSCM和NTSCN)解碼及亮度、對(duì)比度和飽和度控制?？蔀橐曨l桌面系統(tǒng)、圖象多媒體、數(shù)字電視、圖象處理、視頻電話等的應(yīng)用提供極大方便。 SAA7111是以PC機(jī)作為平臺(tái)的，其所有的可編程功能是通過I2C總線對(duì)內(nèi)部的32個(gè)寄存器相應(yīng)的控制位置相應(yīng)的數(shù)值來完成的。有以下主要特點(diǎn)：（1）可編程選擇四路視頻輸入中的一路或兩路組成不同的工作模式，在其內(nèi)部有兩路模擬視頻信號(hào)處理通道，可進(jìn)行靜態(tài)增益控制或自動(dòng)增益控制兩路8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換；（2）可對(duì)芯片編程進(jìn)行白電平控制、抗混疊濾波、梳狀濾波；（3）能實(shí)現(xiàn)行場(chǎng)同步信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)和分離，并且行同步信號(hào)的起始位置與結(jié)束位置均可根據(jù)需要進(jìn)行編程控制，片內(nèi)產(chǎn)生的時(shí)鐘通過數(shù)字PLL鎖定行同步；（4）場(chǎng)頻50Hz或60Hz自動(dòng)檢測(cè)，并自動(dòng)在PAL和NTSC之間自動(dòng)切換，并能對(duì)不同輸入制式的亮度信號(hào)和色度信號(hào)進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)亮度、色度和飽和度的片內(nèi)控制；（5）可方便使用不同的數(shù)字圖象數(shù)據(jù)輸出格式 [7]。[8]。SAA7111有四條視頻信號(hào)輸入引腳AI1AI1AI2AI22。當(dāng)視頻信號(hào)從某一引腳進(jìn)入之后，首先進(jìn)行模擬處理，然后通過緩沖器輸出一路到AOUT端用于監(jiān)視，另路經(jīng)A/D后產(chǎn)生數(shù)字色度信號(hào)和亮度信號(hào)分別對(duì)其進(jìn)行處理。經(jīng)過處理后的亮度信號(hào)一路送到色度信號(hào)處理電路經(jīng)過綜合處理后產(chǎn)生Y、u、V信號(hào)，再經(jīng)過格式化后從16位的VPO輸出；另一路進(jìn)入同步分離電路．并經(jīng)數(shù)字PLL產(chǎn)生行、場(chǎng)同步信號(hào)HS和VS，同時(shí)PLL驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘發(fā)生電路以產(chǎn)生與HS鎖定的時(shí)鐘信號(hào)LLC和LLC2。色度信號(hào)處理電路的工作過程通常是：從A/D出來的8位數(shù)字色度信號(hào)被送入平方解碼器，在此利用了兩個(gè)副載波信號(hào)，其中副載波信號(hào)的相位與解碼器成0o或90o的關(guān)系，頻率由當(dāng)前所輸入視頻信號(hào)的色彩制式所決定。從平方解碼器出來的色差信號(hào)經(jīng)過一個(gè)低通濾波器后便可獲得所需帶寬的色差信號(hào)。而后色差信號(hào)再被送入亮度、對(duì)比度和飽和度控制電路以完成如下功能：(1)AGC；(2)色度信號(hào)幅度匹配；(3)亮度、對(duì)比度、飽和度控制；(4)將YUV限制在1～244范圍內(nèi)。Y信號(hào)也被送到色度信號(hào)處理器，經(jīng)過延時(shí)補(bǔ)償與梳狀濾波后的uV信號(hào)一起進(jìn)入RGB變換矩陣以產(chǎn)生RGB信號(hào)，然后通過格式選擇器由VPO輸出。該信號(hào)有多種輸出格式可供選擇。亮度信號(hào)處理電路的工作過程是這樣的：8位亮度信號(hào)(CVBS、S—VHS、HI8格式)送到一個(gè)可切換的預(yù)濾波器進(jìn)行高頻成分的損失補(bǔ)償，然后再送到中心頻率為F=，以最大程度地減弱色載波信號(hào)(對(duì)S一VHS、HI8格式，它必須是旁通的)，最后再經(jīng)可變帶寬濾波和匹配放大后進(jìn)行疊加以產(chǎn)生Y信號(hào)供上面的色度信號(hào)處理使用。 SAA7111的功能方框圖初始化主要通過I2C總線接口來完成 [9] 。I2C總線由串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時(shí)鐘線(SCL)組成，通信時(shí)，所有具備I2C總線接口的器件都連接到這兩根線上，而且既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，但任意時(shí)刻只能有一個(gè)主控器件進(jìn)行I2C總線的控制，其他器件都為被控器件，它們分時(shí)占用總線。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送由主器件控制。首先由主器件發(fā)出開始信號(hào)S，表示開始啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)SCL為高電平時(shí)，如果出現(xiàn)SDA的電平由高變低則視為S信號(hào)，然后主器件發(fā)送從器件的7位地址和讀位R/W ，接著主器件將接收從器件的應(yīng)答信號(hào)，如果收到正確的ACK，則進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。數(shù)據(jù)傳送的方向由讀寫位R/W的值確定，而且數(shù)據(jù)傳送為8位，高位在前，低位在后。不管是發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)，在傳送完8位數(shù)據(jù)后，必須由接收數(shù)據(jù)的器件在SDA上發(fā)一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。最后當(dāng)全部數(shù)據(jù)傳送完后，由主器件產(chǎn)生停止信號(hào)P，表示總線傳送結(jié)束。SCL線為高，SDA線由低電平變高電平時(shí)，視為停止信號(hào)P。由上可知，I2C總線數(shù)據(jù)傳輸采用了應(yīng)答式的工作方式：即發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后由接收方發(fā)送是否正確接收的應(yīng)答信號(hào)，發(fā)送方以此作為是否繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的判斷依據(jù)。I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸主要是由主控器件控制，在SCL的控制下，按位傳送數(shù)據(jù)，也就是說，要想完成對(duì)I2C總線的虛擬主要是完成主控器件I2C的實(shí)現(xiàn)。 隨動(dòng)機(jī)構(gòu)為了使攝像頭自動(dòng)跟蹤目標(biāo)及擴(kuò)大感知范圍，要求視覺系統(tǒng)一定要有隨動(dòng)性，即要實(shí)現(xiàn)視覺傳感器的水平和俯仰運(yùn)動(dòng)。本課題中我們基于伺服馬達(dá)設(shè)計(jì)了隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對(duì)視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制。： 隨動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖伺服馬達(dá)是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)[10]。高檔玩具如航模，包括飛機(jī)模型，潛艇模型；遙控機(jī)器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機(jī)是一種俗稱，其實(shí)是一種伺服馬達(dá)。標(biāo)準(zhǔn)的微型伺服馬達(dá)有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達(dá)及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V—6V之間，該電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因?yàn)樗欧R達(dá)會(huì)產(chǎn)生噪音）。它的內(nèi)部包括了一個(gè)小型直流馬達(dá)；一組變速齒輪組；一個(gè)反饋可調(diào)電位器；及一塊電子控制板。其中，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的直流馬達(dá)提供了原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，使之產(chǎn)生高扭力的輸出，齒輪組的變速比愈大，伺服馬達(dá)的輸出扭力也愈大，也就是說越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也愈低。 減速齒輪組由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比